用能量方法探索测量中等加载速率下大理岩动态起始韧度问题

在开发后的INSTRON试验机上进行湘白玉大理岩动态断裂试验，试验由计算机程序控制，得到了P-LPD、P-t曲线。考虑惯性效应，用能量方法测定了正方形带直切口三点变曲梁湘白玉大理岩试件的动态起始韧度。并用近似方法计算了该试件的临界动应力强度因子。     

计算大理岩带直切口三点弯曲棒梁试件的动应力强度因子的近似公式

在中等加载速率下，推导出对大理岩带垂直切口三点弯曲圆棒梁试件动应力强度因子的一般近似公式和断裂时的临界动应力强度因子的表达式。     

南岭大理岩SECRBB试件准动态断裂分形研究

探讨南岭大理岩SECRBB试件准动态断裂的力学行为,采用分形几何方法,对南岭大理岩SECRBB试件准动态断裂断口进行了分形分析,在开发后的Instron1340系列电液伺服材料试验机上,对不同切口深度的SECRBB试件进行了准动态断裂试验,测出各断口分形维数Df的估计,得到了该试件准动态断裂的宏观力学量临界荷载Pmax,动应力强度因子KI（t)、试件的几何因子Y和断口分形维数Df呈一定的线性关系;还找出了SE-CRBB试件吸收的能量Es与断口分形维数Df的关系式,即Es=88.044-66.444Df。这将有可能通过对试件断口分形分析,推测其宏观动态断裂韧度Kid等断裂性质及成因,这对于岩石断裂研究和工程应用,如地震预报都具有一定的理论指导意义。     

加载速率对岩石动态断裂韧度影响的试验

摘要：
采用CCCD SHPB(Central Cracked Circular Disk Split Hopkinson Pressure Bar)试验系统对花岗岩试件实施不同加载速率下的纯Ι型加载试验,测得平均载荷P(t)随时间的变化关系.将实测的载荷代入到推广的中心裂纹圆盘试件应力强度因子计算公式,获得花岗岩在不同加载速率下的动态断裂韧度,揭示加载速率与动态断裂韧度的相关性.试验结果表明,加载速率为50~350 GPa·m1/2/s时,随加载速率的增加,断裂韧度呈现出线性上升趋势.
关键词：
动态断裂韧度; 加载速率; 霍普金森压杆; 中心裂纹圆盘
中图分类号： TU 45
文献标志码： A     

切缝尺寸对大理岩动态断裂韧度的影响

切缝尺寸对能否测得有效的岩石动态断裂韧度是一个关键的因素。本文从宏观上探讨了切缝尺寸对大理岩动态断裂韧度的影响 ,并用分形理论从微观上对其进行定量研究 ,获得了满意的结论。图 4,表 1 ,参 4。     

静水压下热损伤大理岩动态拉伸特性研究

处于高温高地应力等复杂地质环境下的深部围岩,可能遭受爆破、地震等动态荷载影响,在岩石工程开挖区附近多导致张拉破坏,因此,研究热损伤岩石在不同地应力条件下的动态拉伸特性,在深部岩石工程中具有重要意义.选取均质细粒房山大理岩,利用自主研发的多功能分离式霍普金森压杆(SHPB)系统,进行4种温度(25℃、250℃、450℃、700℃)损伤梯度下,4种静水压环境(0 MPa、5 MPa、10 MPa和20 MPa)下,房山大理岩巴西圆盘试样动态加载试验.研究结果表明:①随着温度的增加,房山大理岩内部微裂纹增多,矿物成分由CaMg(CO3)2向CaCO3和Mg O转变,密度和波速均随着损伤温度的增加而逐渐降低;②静水压条件下试样拉伸应力曲线呈现为双峰特征,这主要是由于侧向围压的存在抑制了试样的劈裂,使试样拉伸破坏后继续承载造成的;③在固定围压环境下,各温度梯度下热损伤大理岩的动态拉伸强度均具有明显的率相关性;同时动态拉伸强度随着温度的升高而明显降低;④在固定温度下,围压的存在明显提高了房山大理岩动态拉伸强度,但拉伸强度的增幅随着围压的增加而减弱.此外,当试样的热处理温度超过450℃后,动态拉伸强...     

南岭大理岩SECRBB试件准动态断裂分形研究

探讨南岭大理岩SECRBB试件准动态断裂的力学行为,采用分形几何方法,对南岭大理岩SECRBB试件准动态断裂断口进行了分形分析,在开发后的Instron1340系列电液伺服材料试验机上,对不同切口深度的SECRBB试件进行了准动态断裂试验,测出各断口分形维教Df的估计,得到了该试件准动态断裂的宏观力学量临界荷载Pmax,动应力强度因子KI(t)、试件的几何因子y和断口分形维数Df呈一定的线性关系;还找出了SECRBB试件吸收的能量Es与断口分形维数Df的关系式,即Es=88.044-66.444Df.这将有可能通过对试件断口分形分析,推测其宏观动态断裂韧度Kid等断裂性质及成因,这对于岩石断裂研究和工程应用,如地震预报都具有一定的理论指导意义.     

静-动态加载条件下岩石断裂特性及断口形貌特征研究

采用直切槽半圆盘弯曲型试件,对北京房山花岗岩样品进行静态断裂韧性和动态断裂韧性试验,获得其静态断裂韧度与动态断裂韧度的定量关系;采用不同表面形貌刻画技术,对破坏岩样的表面形貌进行观测与表征,获得岩石表面的三维重构及其粗糙度。研究结果表明：在中高应变率条件下,动态断裂韧度一般为静态断裂韧度的1.3~2.6倍,动态传播韧度为动态起裂韧度的3~4倍,静态断裂韧度的8~10倍;其静态和动态断裂都呈I型裂纹拉伸破坏模式。同时,在静态韧性测试中,裂纹断裂模式主要为沿晶断裂,穿晶断裂相对较少;而在动态韧性测试中,裂纹断裂模式主要为沿晶和穿晶耦合断裂。裂纹传播过程均经历了加速阶段和减速阶段,裂纹传播速度与其表面三维形貌重构的相对高度变化趋势一致,同样与表面粗糙度变化规律相吻合。岩石静态行为与动态行为的本质区别是,材料在动态加载时所表现出来的率效应(惯性效应)与材料自身由物理、几何引起的结构效应存在相互抵消、此消彼长的本质属性。     

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.     

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。     

交变加载的断裂韧性

对用三点弯曲疲劳实验得到的调质40Cr钢的疲劳寿命与应力强度因子幅之间的实验曲线进行了理论分析。给出了交变加载(疲劳)断裂韧性指标K_(IF)和断裂的疲劳次数(疲劳寿命)N_f的表达式。     

大理岩三向应力状态下的宏观破坏分析

对单轴压缩破坏面的第一台阶应用Mohr-Columb准则进行分析,得到的C、φ值与三轴压缩的结果一致。三轴压缩试件分岔分析表明：有限变形分岔分析可用于较高围压时试件破坏的分析,对称性群论分岔分析可用于较低围压时的分析。     

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。     

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。     

电解低钛铝制备A356合金动态断裂韧性研究

以工业纯铝、2种不同含钛量的电解低钛铝等为原料,在实验室条件下制备了3种不同钛含量的A356铝合金,对这3种合金在高速加载条件下的动态断裂韧性进行了测试研究.结果表明,在所试验的温度范围内,3种合金均表现为脆性断裂特征,动态断裂韧性随钛含量的增加而增加,特别是当钛质量分数在0.20%以上时表现得更为明显,合金的低温动态断裂韧性均优于室温动态断裂韧性,当温度达到95℃时,所有合金的动态断裂韧性达到峰值,当温度超过150℃时,动态断裂韧性均显著下降,并且不同合金的动态断裂韧性差别缩小,电解加钛方式和通过含钛中间合金加钛方式对合金的动态断裂韧性没有明显影响.     

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.     

爆炸载荷作用下刻槽炮孔动态裂纹扩展规律

基于准静态爆生气体膨胀和岩石断裂力学理论，建立了不耦合装药刻槽爆破时的脆性断裂爆破模型。对刻槽炮孔内爆生气体压力、临界压力和应力强度因子进行了分析计算，从而得出了刻槽炮孔裂缝在扩展过程中，包括启裂、止裂条件、启裂方向、扩展长度和裂缝扩展速度等的变化规律。此外，论文还对刻槽爆破时的动态效应进行了初步探讨，根据分析结果在大理石切割爆破中进行了刻槽试验，并和普通光面爆破效果进行了比较。     

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。     

受弯复合材料板断裂分析的基于能量的Z准则

本文对受弯正交复合材料板进行了理论断裂分析。采用了最近发展的基于能量的叫做“Z准则”的断裂准则。推导出了受弯复合材料板裂纹尖端附近的应力场、应变场、S-因子和Z-因子等的计算公式。这些公式对工程师们在复合材料结构的研究中进行断裂分析或实验研究是非常重要而有用的。