含预制裂纹悬臂梁的动态断裂试验研究

针对含预制裂纹的悬臂梁,利用动态焦散线试验系统,研究在冲击载荷下悬臂梁的动态断裂问题;以及裂纹尖端动态应力强度因子、裂纹扩展位移、速度、加速度的变化规律。结果表明,含单一上边界直裂纹构件先于含单一上边界斜裂纹构件达到动态断裂韧度,试件发生破坏;含单一直裂纹的试件断裂模式为Ⅰ型,含斜裂纹试件的断裂模式为Ⅰ-Ⅱ复合型,且曲裂程度大于含直裂纹的试件;含斜裂纹试件的裂纹扩展速度最大值大于含直裂纹的试件,且速度的振荡性较强;斜裂纹的存在造成加速度的振荡变化较大,能量释放的不均性加强。研究结论为揭示含预制裂纹悬臂梁的动态破坏规律提供了指导意义。     

含缺陷材料冲击断裂的动态焦散线试验研究

采用新型数字激光动态焦散线试验系统,对固定倾斜角度不同离心率缺陷的PMMA试件进行了重锤冲击试验,研究含缺陷材料的动态断裂行为。研究结果表明:不同离心率的缺陷试件断裂形态基本相似;裂纹从试件下边界起裂,扩展至缺陷中部,发生停滞后由缺陷椭圆长轴上端点B继续起裂,直至贯穿整个试件。缺陷离心率的变化对裂纹的前期扩展没有明显的影响,对裂纹停滞时长及B点起裂时应力强度因子影响较大,缺陷离心率越大,停滞期时长越短。缺陷离心率的增大对缺陷端部的应力集中具有促进作用。     

含异侧偏置裂纹试件的冲击断裂试验

利用新型数字激光动态焦散线试验系统,分析了含异侧偏置裂纹有机玻璃(PMMA)试件破坏的时程特性和裂纹尖端扩展过程中的应力奇异性变化。得出该加载条件下试件的断裂韧度约为1.16 MN/m_3/2,异侧偏置裂纹间距对试件冲击断裂韧度没有明显影响。一定范围内,异侧偏置裂纹间距越大,裂纹扩展的对称性越明显。贯穿主裂纹的扩展路径上存在一个明显的应力变化转折点,此处裂纹尖端的应力集中程度加强,试件由以拉伸破坏为主过渡为拉伸、剪切复合破坏。次裂纹尖端发生明显应力释放的同时,主裂纹尖端的应力集中明显加强。裂纹扩展过程中,裂纹尖端的动态应力强度因子表现出明显的震荡变化,主裂纹相对于次裂纹裂尖奇异性更强。     

多裂纹介质在动态载荷作用下的断裂特性研究

采用含双平行裂纹的半圆盘有机玻璃模型,以落锤作为动态加载装置,对动态载荷下多裂纹介质的断裂行为进行了研究。研究结果表明:在动载作用下,含多裂纹的脆性材料的应力场与单一裂纹时的应力场有明显不同。多裂纹介质中裂纹尖端的应力场多为拉剪混合应力场,裂纹起裂多为I-II混合型裂纹,但当裂纹扩展以后,裂纹逐渐向拉伸破坏转变;在多裂纹介质中,当已有一条裂纹扩展时,邻近平行裂纹尖端的能量被释放,邻近平行裂纹尖端的应力集中程度也逐渐下降,说明扩展裂纹对相邻平行裂纹的起裂和扩展有一定的抑制作用;在动载作用下,多裂纹介质中裂纹的起裂韧度KI由2.86 MN/m2下降到1.95 MN/m2,说明多裂纹对介质的起裂韧度有影响。但当试件中有一条裂纹扩展后,邻近平行裂纹对扩展裂纹的传播韧度和扩展速度的影响逐渐减弱。     

含双空孔缺陷试件三点弯曲冲击试验

为了研究双孔缺陷对运动裂纹的作用机制,采用数字激光动态焦散线系统对含双空孔缺陷的有机玻璃板三点弯曲梁进行冲击断裂实验,分析研究了双空孔缺陷下裂纹扩展的路径、尖端动态强度因子、扩展速度以及焦散斑的变化规律。结果表明：空孔缺陷会吸引周围运动的裂纹,导致裂纹运动轨迹发生变化;含双空孔缺陷试件起裂难度显著增加,起裂的临界应力强度因子增加了24.29%;运动裂纹在接近双空孔缺陷时,双空孔缺陷对裂纹的扩展有明显的抑制作用,裂纹通过双空孔缺陷中心后,双空孔缺陷对裂纹的扩展有促进作用。     

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。     

不同厚度三点弯曲梁的裂纹扩展动态焦散实验

采用动态焦散线实验方法,对冲击作用下不同厚度的三点弯曲梁进行了研究,分析了厚度对其动态断裂过程的影响.结果表明:不同厚度三点弯曲梁在动态冲击实验中,预制裂纹起裂时间和扩展时间受到试件厚度的影响.厚度越大,起裂越慢,扩展时间越长;试件起裂后,不同厚度下裂尖的扩展速度和动态应力强度因子值随时间的变化曲线均呈现先快速上升后波...     

冲击荷载下含裂纹缺口三点弯动态断裂实验

为研究缺口大小对含裂纹缺口构件动态断裂的影响,采用动态光弹性实验方法,对含裂纹缺口试件进行了冲击实验.基于冲击断裂过程中试件的等差条纹变化图片和动态应变仪采集的应变数据,分析了冲击荷载下裂纹尖端的动态应力强度因子、裂纹扩展速度和锤头应变的变化规律.结果表明:不同缺口角度试件受到冲击荷载后,应力强度因子的变化随时间变化的...     

碳布补强含裂纹梁的断裂特性实验

为了解采用纤维复合材料加固含裂纹结构的断裂机理,通过光学焦散线方法对碳纤维布加固含裂纹梁进行3点弯荷载下的断裂实验,研究了其补强效果及断裂特性。实时记录了不同载荷状态下裂纹尖端应力集中引起的焦散斑光学图像,确定了不同初始裂纹长度的试件在粘贴加固不同长度碳布的情况下裂纹尖端的应力强度因子演化规律,分析了初始裂纹和粘贴碳布两种因素对加固效果的影响。实验结果表明:加固碳布可以大幅度地提高含裂纹梁强度,在该文实验中强度最大增加了近2倍。     

节理频度对类岩石介质裂纹扩展行为的影响

为研究节理频度对类岩石介质受冲击荷载作用时动态裂纹扩展行为的影响,借助新型数字激光动态焦散线实验系统进行了试验研究.结果表明:随着节理频度的增大,竖向裂纹起裂时的动态应力强度因子减小,但大于水平节理翼侧裂纹起裂时的应力强度因子;裂纹扩展至节理区域时,动态应力强度因子有一个交替震荡的过程,此过程持续时间随节理频度增大而延长;竖向裂纹从加载到起裂时间并不明显改变,但从起裂到试件贯通破坏的时间近似线性增长;竖向裂纹起裂后的速度随节理频度增大有所减小,但大于裂纹扩展通过节理区域后的速度.可见不同节理频度类岩石介质的裂纹扩展行为存在差异,为冲击荷载下岩石断裂破坏提供理论参考.     

有/无填充介质对裂纹动态断裂特性影响的实验研究

为了研究有/无填充介质对裂纹动态断裂特性的影响,利用动态焦散线实验方法结合高速相机对含预制缺陷的试件进行了三点弯冲击断裂实验。研究结果表明:冲击载荷作用下运动主裂纹与预制缺陷贯通后,预制裂纹中有/无填充介质影响次生裂纹的起裂位置、数量、起裂模式、起裂所需时间。在预制裂纹中无填充介质的情况下,沿预制裂纹左右两侧对称产生2条次生裂纹,次生裂纹起裂时是Ⅰ+Ⅱ混合模式断裂;在填充环氧树脂介质情况下,沿预制裂纹中心处产生1条次生裂纹,次生裂纹起裂时是Ⅰ型断裂;同时无填充介质试件次生裂纹起裂所需时间大于填充了环氧树脂的试件。     

空孔缺陷与邻近运动裂纹的相互作用初探

运用落锤冲击加载方式,实现对试件的动态加载,研究了空孔缺陷对临近运动裂纹扩展形态的影响,分析了运动裂纹扩展过程中的动态应力强度因子和速度的变化趋势。结果表明:空孔缺陷对临近运动裂纹具有"吸引"效应,并且这种"吸引"效应的强度随着空孔缺陷与邻近运动裂纹距离的增大而减弱。此外,空孔缺陷对临近运动裂纹的扩展具有明显的抑制作用。运动裂纹在空孔缺陷处的再次起裂更为困难,需要更多的时间积蓄能量。实验结果为后续深入研究运动裂纹与材料缺陷的相互作用提供了实验思路。     

冲击载荷下无限长条损伤材料反平面裂纹问题研究

为了研究冲击载荷下小范围损伤时材料的裂纹问题,建立了无限长条含损伤材料的反平面有限长裂纹的力学模型．从宏观唯象角度,采用Lemaitre在应变等效假设基础上建立的损伤本构方程,通过积分变换-对偶积分方程方法,获得了裂纹尖端动态应力场．动态应力强度因子的计算结果显示,在小范围损伤的情况下,随着损伤的增加,动态应力强度因子的幅值降低,反映了小范围损伤时损伤对裂纹扩展的屏蔽作用．     

受内压和激光辐照联合作用下圆柱壳动态断裂力学分析

针对激光辐照充压圆柱壳的应力分析和结构失效问题,研究了含轴向半椭圆表面裂纹的圆柱壳体在激光辐射及不同内压和不同裂纹尺寸的情况下,考虑了内压为静态和动态两种情形以及热-力耦合情形的应力分析,材料为30CrMnSiA钢。根据它的静态断裂韧性KIC以及根据估算的冲击动态断裂韧性KId,应用有限元方法研究了动态载荷下其断裂问题。分别使用断裂判据KI=KIC和动态断裂判据KI(t)=KId,对裂纹的静态起始扩展和动态起始扩展作了相应的分析,这些分析在一定程度上对此种结构在热-力耦合下失效机理提供了有益的研究。     

基于流形方法的动态应力强度因子数值算法

简要介绍了流形方法基本原理和位移函数的构造方法及数值分析列式，并以此方法为基础发展了裂纹动态应力强度因子的数值计算方法。通过数值计算对动态应力强度因子与静态应力强度因子进行了比较，发现二者在数值上存在较大差别的原因是，其计算过程不同，计算动态应力强度因子时考虑了扩展速度的影响，因此在裂纹扩展分析中建议采用动态应力强度因子。     

含预制孔洞混凝土的断裂实验研究

为研究含孔洞缺陷类岩体在单轴加载条件下裂缝萌生、扩展、演化及贯通的过程,制作了含不同数量的预制孔洞混凝土试件,进行单轴加载断裂实验,根据实验过程使用ANSYS软件进行数值模拟,分析其应力分布情况,将实验结果和数值计算进行对比,结果表明:试件的破坏模式及孔洞的贯通模式与孔洞的数量及分布有关,试件破坏模式主要为劈裂破坏和剪切破坏,使用ANSYS软件计算所得的结果和实验结果较为吻合.