岩石断裂韧度测试技术研究

提出了在Instron电液伺服控制试验机上进行岩石断裂韧度测试的一种新的测试技术和方法．对控制中的应变通道作了有效的扩展改进，从而可成功地同时获得试样上3个点的位移信号（2个加载点位移LPDⅠ，LPDⅡ以及裂纹嘴张开位移CMOD），文中所提出的V型切口三点弯曲、短棒拉伸测试装置以及多功能岩石加工机成功地解决了岩石断裂试样制备中的难题．试验表明，本文提出的测试技术和研制的加工测试装置不但具有很高的精度，而且也非常方便、经济和有效．特别适用于岩石、混凝土和陶瓷材料的断裂韧度测试和研究．     

岩石三点弯曲圆梁断裂韧度KIC的测试研究

用两种3点弯曲圆梁(分别具有人字形切槽和直切槽)测定了一种重庆灰岩的断裂韧度K。测试结果表明:前者比后者在防止过载,避免裂纹扩展偏斜,考虑非线性修正等方面有若干优点,但测试值的尺寸效应尚有待解决。     

用带中心孔巴西圆盘试样测定岩石断裂韧度的研究

提出了一种用带中心孔巴西肋试样测定岩石断裂韧度的方法：首先利用Ｇｒｉｆｆｉｔｈ理论确定径向均布载荷作用下试样沿加载直径与孔边交点发生起裂的充分条件,然后对带中心孔平台加载的巴西圆盘试样采用二维边界元法标定出岩石的最大无量纲应力强度因子Ｙｍａｘ,并利用加载位移曲线获得载荷极小值Ｐｍｉｎ,用提出的方法所获得的一种灰岩的断裂韧度ＫＩＣ值与国际岩石力学迷会建议的人字形切槽试验法获得的该岩样标准ＫＩＣ值基本     

用短棒试件测定岩石的动静态断裂韧度

采用自行设计的加载压头和粘接在V形切口短棒岩石断裂韧度试件上的2个半圆形钢片,实现了通过压头施加压缩载荷从而使裂纹尖端承受拉仲载荷的目的。用这种方法可测定岩石的断裂韧度。特别是可以在分离式霍布金生压杆装置上较方便地测定应力波加载时岩石的动态断裂韧度。研究了加载率对岩石断裂韧度等材料性能的影响,并给出大理岩动静态断裂韧度的测定结果。     

岩石断裂韧度与抗压强度的相关规律

利用Instron 1342型电液伺服材料试验机,采用单轴压缩试验和双扭常位移松弛试验对大理岩、上盘二辉橄榄岩、下盘二辉橄榄岩、矿石、混合岩5组岩石的试件进行力学参数测试,获得相应的抗压强度、Ⅰ型断裂韧度等试验数据.以试验数据为依据,分析这5组岩石的Ⅰ型断裂韧度与抗压强度的关系.研究结果表明:随着抗压强度σ_c的增加,I型断裂韧度K_(Ⅰc)相应增大,且呈很好的线性关系,其关系式为:K_(Ⅰc)=0.026 5σ_c+0.001 4,其相关系数R~2为0.94.基于该关系式,可由易于测试的抗压强度估算Ⅰ型断裂韧度.     

岩石断裂韧度的非线性修正

本文对Liebowitz非线性能量法进行了修正和改进,而且将作者的方法与由ISRM获得的岩石材料的非线性断裂韧度值以及其它方法进行了比较。结果表明,作者的方法和ISRM工作组的建议方法以及由Work方法所得值是基本相近的。     

脉冲载荷影响岩石动态断裂韧性的有限元分析

依据岩石材料的力学性质以及中心裂纹圆盘试件在脆性材料断裂韧度测试方面的优越性,提出了在霍布金森压杆上使用中心裂纹圆盘试件来测试岩石动态断裂韧度的试验方法。利用有限元分析软件,通过对该试验系统的纯Ⅰ型加载情况下的三维动力学有限元计算,系统的分析了加载脉冲上升沿对岩石类材料动态断裂韧度测试的影响。通过比较中心裂纹圆盘试件动态应力强度因子的近场解和远场解,依据有限元分析结果确定动载荷脉冲上升沿时间对岩石动态应力强度因子的影响,从而选择合理的时间值。     

岩石材料动态断裂韧性的实验研究

为了研究岩石类材料的动态力学性能及动态破坏机理,防止出现岩石爆裂造成灾难性破坏,根据中心裂纹圆盘试件断裂韧性测试方法和分离式霍普金森压杆的基本原理,在SHPB装置上测试了花岗岩的动态断裂韧性。对测试结果按照SHPB基本原理进行处理,以试件两端平均载荷带入准静态公式得到动态断裂韧性。处理结果表明,用试件两端平均载荷获得岩石动态断裂韧性的实验方法有效的;花岗岩的动态断裂韧性具有加载速率相关性,随着加载速率的增加断裂韧性增大。     

如何判断在各种加载下的断裂模式:Ⅰ型还是Ⅱ型

长期以来传统的断裂力学最为突出的误解是将剪切下的断裂误认为是Ⅱ型断裂.通过对Ⅱ型加载裂纹尖端的应力研究表明,在裂纹尖端周围同时有周边(拉或压)应力和剪切应力存在.对于脆性材料,当裂纹尖端的最大周边拉应力大于最大剪应力时,只有Ⅰ型断裂可能发生.Ⅱ型断裂试验及研究表明,Ⅰ、Ⅱ型断裂发生是有前提条件的.Ⅰ型断裂发生的前提条件是:1),fromax/fomax＜1,或2),fromax/fomax＞1,但fromax/fomax＜KIIC/KIC;Ⅱ型断裂发生的前提条件是:fromax/fomax＞1和fromax/fomax＞KIIC/KIC·fromax是裂纹尖端最大无因次剪应力强度因子,fomax是裂纹尖端最大无因次拉应力强度因子.KⅠC和KIJC分别是材料的拉伸断裂韧度和剪切断裂韧度.     

45#钢动态断裂韧性测试的试验研究

利用旋转盘式间接杆—杆型冲击拉伸试验装置,对带周边切口的短圆柱小试件(45#钢)进行了室温下的平面应变型弹塑性材料动态断裂试验。用试件两端的平均载荷—相对位移曲线(P-δ)来推广Rice公式确定动态J积分,采用柔度变化率法确定起裂时间,从而获得表征弹塑性材料动态起裂韧度JID。冲击拉伸试验表明,作为典型的应变率相关弹塑性材料的45#钢,其断裂韧性随加载速率的增加而下降。     

三点弯曲试样的切口曲率半径对岩石断裂韧度K_(1c)值的影响

本文对岩石三点弯曲试样的切口曲率半径与其K_(1c)值间的关系进行了实验研究及理论探讨.对岩石K_(1c)测试中切口的选择提出了建议方法     

选取最大载荷为岩石K_(IC)测试中临界载荷的合理性研究

本文对岩石KIC测试中的临界载荷问题从理论上和实验上进行了研究,并得出最大载荷就是其临界载荷的结论,该结论将有助于对岩石的断裂过程的认识.     

用多剖面法测试焊接接头的断裂韧性

本文用试验测定和理论计算表明,在多剖面法中利用复合试样测定焊接接头断裂韧性时,可测到的HAZ小区与板厚、试样厚度、线能量、预热温度及坡口角度等因素有关,并非总能测出全部小区的δ_(is)值.对提高测试精度的有关技术问题进行了探讨.     

基于颗粒流法的岩石断裂韧度确定

 岩石断裂韧度是岩石断裂力学中最为重要的参数和指标,它表征岩石材料抵抗裂纹扩展的能力或产生新裂纹表面所需克服的阻力。本文运用离散元法对含预置裂隙的岩石模型破碎过程进行数值模拟,并从能量平衡角度全面模拟巴西圆盘实验加载过程中岩石模型的各种宏观力学响应和裂隙扩展等情况,进而计算岩石的断裂韧度,得到模拟岩样的平均断裂韧度为1.428MPa·m^1/2,依据试验数据计算得到岩样的平均断裂韧度为1.405MPa·m^1/2。计算结果与实验值能够很好地吻合,从而证明了本文方法的有效性和实用性。     

引发陶瓷裂纹测量断裂韧度的新方法

以单边切口梁法ＳＥＮＢ（ｓｉｎｇｌｅｅｄｇｅｎｏｔｃｈｅｄｂｅａｍ）测量材料的断裂韧度ＫＩＣ为基础，用静态膨胀的方法ＳＥＳＢ（ｓｉｎｇｌｅｅｄｇｅｓｔａｔｉｃｅｘｐａｎｓｉｏｎｂｅｎｄ）预制陶瓷等脆性材料的原生裂纹，代替一般常用的机械切口，再用三点弯曲法测试其ＫＩＣ值。根据一系列实验研究结果，对膨胀法的基本原理、试件的选择、表面质量的要求、裂纹预制及测量都作了叙述。最后将所测出的ＫＩＣ值与用ＳＥＮＢ法所求结果进行比较，得出较为满意的结果。     

组织和成分因素对低碳结构钢解理断裂应力及断裂韧性的影响

本文揭示了板条组织的解理断裂应力在整个试验温度范围内是不依赖于温度而变化的。表明组织类型对解理断裂有重要影响:马氏体组织具有极高的解理断裂应力以及在同样试验温度下低的断裂韧性,铁素体截然相反,贝氏体位于其间。此外碳含量有其附加影响。切口试样测得的解理断裂应力明显高于光滑试样。