岩石SHPB劈裂分析理论研究

为了分析岩石在冲击载荷下的动态劈裂破坏情况,通过分析巴西圆盘在动态劈裂和静态劈裂时表面应力分布均匀化的相似性,可以将静态劈裂时的弹性理论应用到动态劈裂当中,得到巴西圆盘在动态劈裂下的动态抗拉强度、动态抗压强度、应变率和应变的计算公式.应用三维非线性动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA,模拟巴西圆盘在分离式霍布金逊压杆实验装置上受冲击时动态劈裂的整个实验过程.基于动态抗拉强度公式和动态抗压强度公式,对试件的实际拉应力曲线与计算拉应力曲线进行对比,以及对实际压应力曲线与计算压应力曲线进行对比,通过对比曲线的相互吻合性证明数值模型适用于对岩石冲击劈裂破坏性质的研究.通过分析试样表面的应力均匀化过程以及试样表面对心压缩轴线上拉应力方向的应力分布情况,得出试样在对心压缩轴线表面上的破坏顺序是由从两个冲击端部向中心发展的;通过分析试样沿对心压缩轴线所切剖面上的拉应力分布,得出试样在厚度方向上的破坏顺序是由表面向内部发展的.     

爆炸载荷作用下有限平面中应力波传播的动光弹研究

用多火花式动态光弹性仪成功地记录了爆炸载荷作用下有限平面中应力波传播的动态应力条纹。一个模型中炮孔设在模型的几何形心,另一个模型中设了两个炮孔,并同时起爆。用动光弹方法对入射波和反射波的传播以及应力波的叠加特性进行了研究,给出了应力波反射之前炮孔周围应力场的定量分析结果和反射应力波与径向裂纹相互作用的结果,这对于涂刻理解炸药爆炸产生的应力波的传播和叠加过程具有重要意义。     

激光冲击钛合金薄壁件动态响应及残余拉应力形成机制

为探究激光冲击薄壁件时残余拉应力的形成机制,利用ABAQUS软件对0.5mm钛合金薄壁件激光冲击条件下的冲击波作用规律和材料动态响应规律展开研究。结果表明,冲击波在薄壁件内反射时交替形成高数值拉伸波和压缩波,在压缩波和拉伸波的耦合作用下应力分布混乱并呈现"多峰"特点,形成了峰值为426 MPa、厚度达0.125mm的拉应力层,且最大残余拉应力位于表面处。基于冲击波反射规律揭示了薄壁件中残余拉应力的形成机制,并通过增加试件厚度以降低反射拉伸波强度发现5mm厚试件内最大残余拉应力仅为70 MPa,且表面处的拉应力转化为了压应力,从而提出了通过导波等方式控制应力波反射强度的薄壁件残余应力调控方法。     

应力波界面效应试验

利用动光弹法模拟研究在冲击作用下界面上的应力波传播过程,利用应力波理论分析了界面上应力波的作用机理,证实了界面上存在着能量累积和阻滞能量传递的效应。并结合弹性波动理论和应力—光学定律导出了波动方程与条纹级数之间的关系式。     

不同形状地质断层对应力波传播影响的试验研究

首次用动态光弹性试验模拟研究了地质断层对应力波的影响及相互作用 ,比较分析了冲击荷载作用下水平和 30°方向的裂缝的动态响应 ,得到指定点处的条纹级数 -时间关系曲线图 ,研究了结构物顶部震塌的机理 ,为防护结构的改进提供了参考。     

柔性与刚性分配层防护机理的动光弹试验分析

用动态光弹性模拟试验和分析方法，观察和分析了材料不同的分配层对应力波在结构中传播的影响，比较分析了冲击荷载产生的应力波在洞室结构顶部的传播及相互作用过程，得到指定点处的应力—时间关系曲线，为结构震塌机理的进一步研究和防护结构改进提供参考。     

冲击荷载下Ⅰ型裂纹与圆孔缺陷相互作用

采用数字激光动态焦散线和超动态应变测试系统,对含圆孔缺陷的有机玻璃板三点弯曲梁进行冲击断裂实验,开展Ⅰ型扩展裂纹与不同直径圆孔缺陷相互作用实验研究。结果表明：冲击载荷下预制裂缝尖端焦散斑不断增大,圆孔缺陷左、右边缘应变片测点表现出竖直受压、水平受拉的应力状态。裂纹起裂后沿直线扩展,主要表现为Ⅰ型断裂。初始裂纹扩展速度和动态应力强度因子大小相似,变化趋势相近,应变片测点水平和竖直方向均表现出拉应力状态。初始裂纹与圆孔缺陷贯通时止裂,贯通瞬间应变片测点的水平和竖直拉应力均达最大值。随着圆孔缺陷直径增大,次生裂纹起裂速度和起裂韧度均变大,起裂难度增高。研究结果为揭示动荷载下含缺陷岩石断裂机理提供借鉴。     

冲击力作用下梁内应力波的初步实验研究

本文就集中冲击力作用下的聚碳酸酯简支梁模型,研究了梁内的应力波传播问题。文中推导了梁内一维应变平面波的波速公式,并与用多火花式动态光弹系统拍出的一组等色线图的结果进行了比较,二者基本吻合。又由逐渐趋于稳定的应力条纹图得出梁的最大冲击应力并做了相应的讨论。     

可变高速冲击源和动态材料条纹值

本文在国产WZDD-Ⅰ型多火花动态光弹仪落锤低速冲击加载台的基础上,利用SDQ603型射钉器火药弹爆燃时产生的高压火药气体并按活塞杆位置来改变燃烧室尺寸,以获得适合动态光弹性研究的可变高速冲击源,采用一维应力杆件对光弹性环氧树脂材料的动态材料条纹值f_(?)~*作了较精确的标定,对进一步探讨和研究高速碰撞与冲击载荷下,材料的断裂韧性与扩展速度,构件内应力波的传播方式与瞬态应力的分布规律等,提供了必要的实验基础。     

冲击荷载作用下穿甲弹风帽的动应力试验研究

用动光弹实验方法研究了冲击荷载作用下穿甲弹风帽模型的应力波的传播过程，对其受冲击后的动应力状态进行了分析，用应力光学定律得到了模型内的动应力值。并根据应力波理论，推导出了风帽受冲击荷载作用时动应力的理论近似解，计算结果与实验结果非常一致。另外，这种方法还为改进风帽的结构设计提供了有益的建议。     

钢筋混凝土梁梁在冲击作用初期的惯性力分布

冲击荷载会对钢筋混凝土梁产生严重损伤,冲击破坏往往是冲击初期造成的。冲击初期（冲击力到达支座前）冲击力完全由惯性力抵抗,不同时刻的内力分布与惯性力的分布情况密切相关。对冲击荷载下的RC梁（Reinforced Concrete Beam）进行有限元模拟（ANSYS/LS-DYNA）,分析了冲击初期RC梁的惯性力与内力分布情况。结果表明：冲击初期,冲击力以应力波的形式逐渐向支点传递,冲击力由静止点内梁的惯性力平衡;梁体的冲击力传导可分为三个阶段,即应力波沿梁高方向传导、沿梁长度方向传导与冲击力到达支座后;不同阶段的惯性力分布情况不同,且惯性力的分布影响梁体的剪力和弯矩以及梁的破坏形态。     

不同角度裂纹缺陷对材料动态断裂行为的影响

采用新型数字激光动态焦散线试验系统,对含相互垂直和相互共线两种裂纹缺陷介质在冲击载荷作用下的动态断裂行为进行了研究。结果表明:在动态冲击载荷的作用下,边裂纹缺陷处应力集中程度远大于试件的内部裂纹缺陷处应力集中程度;当裂纹从垂直内部裂纹缺陷的端部再次起裂时,表现为Ⅰ/Ⅱ复合型断裂;起裂后,裂纹的断裂模式很快由Ⅰ/Ⅱ复合型向Ⅰ型转化;而对于内部共线裂纹缺陷而言,裂纹的起裂和扩展始终表现为Ⅰ型断裂形式。当内部裂纹缺陷垂直于边裂纹时,内部垂直裂纹缺陷对边裂纹扩展的裂纹尖端的应力强度因子和裂纹扩展速度均有抑制作用;且当裂纹再次从内部垂直裂纹缺陷处起裂后,裂纹的扩展速度和应力强度因子也较共线裂纹缺陷时的高;裂纹扩展速度与裂纹尖端的动态应力强度因子呈正相关性。     

急热时裂纹的应力加强因子——用半级条纹光弹分析法

一条非常靠近边界而且平行于边界的裂纹,在光弹应力分析中,使用了半级条纹光弹分析法,配以计算机控制的图象数值分析系统来确定急热时它的瞬态应力加强因子.提出了应力加强因子随时间变化的实验结果.     

用光弹性法研究弹性体平面多点接触问题

应用光弹性法研究了类似特殊螺纹连接的弹性体平面多点接触问题,探索了平面多点接触问题的光弹性模型的制作技术和试验方法,并研究了在轴向拉伸载荷作用下齿的接触压力和模型内部的应力分布规律.结果表明,在轴向拉伸载荷作用下,齿的接触压力沿轴向呈对称分布,内部应力主要是由弯曲引起的轴向拉应力.     

含预制圆孔半圆盘的冲击动态断裂过程试验研究

为研究预制孔洞缺陷对I型裂纹扩展过程的影响与作用机制,利用数字激光动态焦散线方法对预制I型边裂纹和孔洞缺陷的巴西半圆盘进行三点弯动态冲击实验.实验得到以下结论:受到冲击荷载后,与预制的试件内部孔洞相比,预制边裂纹尖端应力集中程度更高,因此内部的缺陷对冲击荷载敏感度较弱;当I型裂纹扩展接近预制圆孔时,预制圆孔会使裂纹扩展...     

超高层建筑柱、梁节点的实验应力分析和有限元计算

采用三维光弹性冻结切片法,对高层建筑柱、梁节点处进行了应力分析。还利用ＳＡＰ８４结构分析软件,分别对光弹性模型和混凝土实物结构进行了有限元分析。结果表明,柱、梁节点处应力偏大,其最大应力为－３１ＭＰａ,梁的拉应力为１５ＭＰａ。并与实验结果进行了比较,应力集中区误差在２０％左右。     

小半径曲线连续箱梁桥恒载应力的空间分布特性分析

为研究混凝土曲线箱梁桥的空间受力特性,以某主梁宽9.75m、桥长5×18.76 m的城市立交匝道桥为工程背景,利用ANSYS有限元软件计算几种标准跨径的桥梁模型,通过对截面应力进行积分运算获取截面不同区域所承担的内力比例,并以内力比值系数、应力差值和应力比值为评价指标讨论了同跨径下曲线箱梁桥与直线箱梁桥在一期恒载作用下各控制截面弯矩、剪力和应力的差异。研究发现:一期恒载作用下,曲线箱梁顶、底板法向正应力分布不均匀,剪力滞系数最大可达1.35;外侧腹板承担剪力值最大可达内侧腹板的2.65倍;圆心角超过8°时,边跨跨中截面剪力比值系数大于1.1,圆心角超过13°时,边跨支点截面剪力比值系数大于1.13;在恒载作用下,曲线箱梁桥中性轴“倾斜”,在边跨跨中截面外侧出现正应力卸载现象,边跨支点截面内侧出现应力卸载现象。现行普遍使用的梁系有限元法计算结果不能真实反应曲线箱梁的空间受力分布,箱梁各腹板受力和顶底板弯曲正应力的分布在工程设计中应引起足够的重视。     

落锤冲击作用下钢筋混凝土梁的动态响应

为研究钢筋混凝土梁在不同冲击速度下的动态变形规律,利用落锤冲击试验装置和二维数字图像相关系统,对12根钢筋混凝土梁的冲击力时程、平均跨中位移变化过程、跨中钢筋的平均应变时程以及裂缝的形成与扩展过程进行分析,重点讨论了梁的变形破坏模式及动态响应过程。研究发现：不同于静态三点弯曲试验的弯曲型破坏,钢筋混凝土梁的动态破坏形态主要表现为弯剪型破坏;冲击力峰值明显大于静态加载的承载力峰值,在恒定冲击质量的条件下与冲击高度正相关;钢筋混凝土梁的位移响应过程明显滞后于冲击力的响应时程,挠曲变形所持续的时长约为冲击力作用时长的40~60倍,位移响应表现出明显的滞后性;钢筋是否进入屈服阶段以及维持时长显著影响梁的最大位移以及残余位移。     

动光弹性中的应力相似函数

在静态光弹性应力分析中将模型的应力换算成实际结构的应力并非困难,但是,在动态光弹性中模型的脚态应力如何还原为原型应力至今未能很好的解决,本文提出的应力相似函数,利用边界条件、动态方程和补助方程来确定相数函数的级数表达式中的各项系数,使模型的瞬态应力换算成实际结构相应点的瞬态应力成为可能。     

钢纤维高强混凝土抗冲击性能的数值仿真

采用显式动力有限元软件LS-DYNA,对钢纤维高强混凝土的霍普金森压杆冲击试验过程进行了数值仿真,混凝土和霍普金森压杆的本构关系分别采用弹塑性流体动力模型和虎克定律描述,钢纤维的增强与增韧作用则通过钢纤维高强混凝土强度与失效应变来体现.结果表明:试件内部应力趋近于均匀之前,经历了初始状态的应力震荡;试件的破坏稍微滞后于应力峰值;相同的冲击速度下,钢纤维高强混凝土试件各个时刻的破坏程度轻于未掺钢纤维的基体混凝土试件,当基体混凝土试件裂成多块时,钢纤维高强混凝土试件还基本保持整体.数值仿真结果与试验结果有较好的相似性,基本能够反映出试件受力与破坏的特征.