爆炸荷载作用下两平行裂纹对扩展中裂纹的影响规律

用实验和数值模拟方法,研究在爆炸载荷下岩体内部一对平行裂纹对扩展主裂纹的影响规律。实验中,采用带有中心装药孔及预制裂纹的砂岩圆盘试件,利用由示波器、超动态应变仪及裂纹扩展计所组成的测试系统,监测主裂纹扩展速度和扩展距离;数值模拟中,采用了AUTODYN软件进行,模拟了主裂纹及两平行裂纹的扩展规律,对岩石材料,采用线性状态方程及最大拉应力失效准则,并在两平行裂纹间设置相应的观测点记录应力曲线。通过实验与数值模拟分析,得到:爆炸载荷下,紧随冲击波后的稀疏波经过两平行裂纹面反射后变成压缩波,并在两平行裂纹间产生垂直于主裂纹扩展方向的压应力,对裂纹的扩展有压制、止裂作用;而且,这种压应力的大小与两平行裂纹的间距有关,进而导致了不同的止裂效果,影响裂纹的扩展速度及最终扩展长度。

基于圆弧底试件的动态裂纹扩展及止裂规律研究

为了研究脆性材料的动态裂纹扩展及止裂规律,设计了一种带圆弧形底边的梯形开口边裂纹(trapezoidal opening crack with arc bottom,TOCAB)构型的试件。在落锤冲击设备加载下,对圆心角为0°、60°、90°和120°的TOCAB试件进行了冲击实验,并采用裂纹扩展计(crack propagation gauge,CPG)监测裂纹起裂和扩展时间,从而获得裂纹扩展速度。采用有限差分软件AUTODYN对落锤冲击设备和试件进行数值模拟,研究了裂纹的动态扩展过程及止裂规律。还基于实验和数值方法,计算了裂纹的临界动态应力强度因子。实验和数值结果均表明:3种弧度的TOCAB试件都可以实现运动裂纹止裂,该构型可用于研究动态裂纹止裂问题;数值计算的裂纹扩展路径与实验结果基本一致,验证了数值模型的有效性;裂纹起裂和止裂时刻的临界动态应力强度因子大于裂纹动态扩展过程中的临界动态应力强度因子。

裂纹止裂技术及裂纹动态扩展规律研究

为了对动态荷载作用下水泥粉煤灰砂浆的裂缝动态扩展行为进行研究,提出了一种大尺寸带V型底边的半圆边裂纹(SECVB)试件,其V形底部具有止裂功能。SECVB试件的V形底部设计为180°,150°和120°三个角度。采用落锤冲击装置进行了冲击试验,并使用裂纹扩展计(CPG)用于测量裂纹扩展的相关参数。利用有限差分程序AUTODYN对裂纹扩展行为进行了数值模拟,并用有限元程序ABAQUS计算了裂纹的动态应力强度因子(DSIF);根据CPG测量的裂纹萌生时间和扩展时间来确定临界应力强度因子。试验和数值模拟结果表明,SECVB试件适合于研究动态荷载作用下水泥粉煤灰砂浆的裂纹扩展行为和止裂行为。在裂纹扩展过程中,裂纹可能在一段时间内止裂,并且裂纹在起始时刻的断裂韧度高于裂纹扩展时的断裂韧度。

爆炸荷载作用下青砂岩Ⅰ型裂纹动态扩展规律及动态断裂参数研究

为了研究爆炸荷载下岩石Ⅰ型裂纹的动态起裂和扩展的规律以及其扩展过程中有关的动态断裂参数,提出了带切槽的半圆加矩形SREN(Semicircle and Rectangle with Edge Notches)板试件,试验材料为青砂岩,只采用雷管起爆作为动力源,通过3种不同长度的预制裂纹,结合裂纹扩展计(Crack Propagation Gauge,CPG)测速系统,获得裂纹的起裂和扩展时刻,求得了扩展速度并运用分形理论对其进行修正。同时,考虑到岩石为典型的脆性材料且裂纹尖端附近断裂区域为小变形,以及炸药在爆炸过程中压力和密度之间的关系,在AUTODYN软件的数值模拟研究中,岩石材料采用Linear状态方程、Elastic强度准则和Principal Stress失效模型,炸药材料采用JWL状态方程,通过模拟可观测裂纹扩展路径并检验试件的合理性。运用位移外推法,使用有限元软件ABAQUS计算了裂纹起裂及扩展时的应力强度因子,结合CPG测得的断裂时刻,获得了每种试件构型在不同扩展长度下的动态断裂韧度。通过实验并结合数值模拟结果表明:使用的大尺寸SREN试件能有效地减少反射拉伸应力波对裂纹动态起裂及扩展的影响,可作为脆性材料动态断裂参数测量的试件;随着预制裂纹长度的增加,起裂时间变长,平均扩展速度变小且波动变小,趋于稳定扩展;预制裂纹长度的增加,也会导致起裂韧度测试值逐渐减小,扩展韧度测试值并非定值,会大于起裂韧度测试值并逐渐减小。

贵州省贞丰县公安局北盘江中心派出所报料:重返现场“围观”的嫌疑人

某日,北盘江中心派出所值班室接到辖区群众梁某报警,称疑似有人入室盗窃。民警黄晓伟迅速带队赶往现场。经了解,梁某的父母常年外出务工,家里只有她和年迈的奶奶。当晚11时许,梁某将门反锁后,躺在床上准备睡觉。大约十分钟后,梁某发现断电了,便起来查看,却见自家走廊里有一个人影,吓得她赶紧关上门,拨打了110报警电话求助。

爆炸作用下隧道拱肩Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹起裂及扩展规律研究

为了分析隧道拱肩Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹在爆炸荷载下的起裂及扩展规律,采用带有拱肩裂纹的岩石隧道模型(rock tunnel modelwith a spandrelcrack,RTMSC)进行了爆炸试验。试验中采用裂纹扩展计(crack propagation gauge,CPG)及应变片测试裂纹的起裂、扩展及止裂规律。数值模拟采用AUTODYN软件。裂纹尖端的动态应力强度因子k_(Ⅰ)^(d)(t)和k_(Ⅱ)^(d)(t)(SIFs)的计算采用ABAQUS软件。结果表明:(1)裂纹在扩展过程中,在扩展路径上出现了拐点,同时在拐点处存在较为明显的"止裂"现象。(2)炮孔位置显著影响裂纹的起裂、止裂和扩展。(3)裂纹扩展过程中,动态能量释放率不是一个常数。(4)随着裂纹扩展速度的增加,Ⅰ型和Ⅱ型临界SIFs逐渐减小。

基于RPC试件的爆炸应力波作用下I型裂纹扩展行为的研究

为了研究爆炸荷载下I型裂纹的扩展行为,提出带预制裂纹的矩形板试件(RPC)。采用均匀且透明性好的有机玻璃制作试件。实验系统由超动态应变仪、示波器、恒压电源、电阻应变片以及裂纹扩展计组成。电阻应变片与裂纹扩展计分别被用于测量爆炸荷载与裂纹扩展速度。采用扫描电镜对裂纹扩展断面进行观察。在AUTODYN中模拟RPC试件中的裂纹动态扩展现象,采用JWL方程描述爆生产物的状态,线性状态方程被用于模拟有机玻璃压力与密度的关系,并采用修改的最大主应力准则预测材料的破坏状态。基于位移外推法,在ABAQUS中建立计算裂纹尖端动态应力强度因子的数值模型。通过实验与数值结果可得:(1)爆炸应力波作用下I型裂纹会形成稳定扩展阶段与不稳定扩展阶段;(2)裂纹稳定扩展阶段会形成粗糙度逐渐降低的断面,裂纹不稳定扩展阶段形成的断面较为光滑;(3)裂纹在稳定扩展阶段的速度是在一定范围内波动变化的。

冲击荷载下层理对页岩内裂纹扩展行为影响规律的研究

为了研究冲击荷载作用下页岩的断裂特性及层理对裂纹扩展行为的影响规律,基于实验–数值法,采用大直径分离式霍普金森压杆(SHPB)加载系统分别对0°,30°,45°,60°及90°层理倾角的页岩侧开单裂纹三角孔板构型试件(single cleavage triangle,SCT)进行动态冲击实验,并借助AUTODYN有限差分软件采用复合层状岩石模型对裂纹扩展过程进行数值模拟。实验结果表明,层理对裂纹扩展方向及试件破坏形态影响显著。裂纹的扩展速度与加载速率整体上呈正相关关系,加载速率较低的情况下裂纹停滞现象容易发生。沿层理面开裂是页岩等层状类岩石主要的破坏形式,但是次生裂纹的起点并不完全随机,实验发现裂纹扩展速度减缓处是次生裂纹起萌的高发区域。

爆炸载荷下砂岩动态断裂特性的试验研究

为研究爆炸载荷下砂岩的断裂特性,对3种砂岩试件进行爆炸试验,借助XRD(X-raydiffraction)衍射图谱分析测试和SEM(scanning electron microscope)电镜扫描,研究砂岩的成分、预制裂纹的扩展断裂面微观结构等,利用有限元软件ABAQUS建立数值计算模型,通过试验–数值法得出I型裂纹的裂纹扩展速度、动态断裂韧度等参数。试验结果表明:(1)炮孔周边的砂岩主要以塑性破坏为主,扩展裂纹断面的破坏形态主要以脆性断裂为主,3种砂岩成分的不同表现出微观晶体破坏形式、裂纹扩展速度、断裂韧度等的不同;(2)动态裂纹的扩展速度不是一个定值,在扩展过程中有起伏变化,黑砂岩的速度要高于红砂岩和青砂岩;(3)黑砂岩的动态起裂韧度要高于红砂岩和青砂岩,并且动态扩展韧度与扩展速度基本成反比关系。

爆炸载荷作用下不同长度裂纹的动态扩展规律研究

为研究爆炸载荷作用下砂岩材料中不同长度裂纹的动态扩展规律,借助裂纹扩展计(crack propagation gauge)测试砂岩中裂纹的起裂规律、裂纹扩展速度等,将试验中测得的岩石动力学参数以及裂纹扩展时刻等数据导入有限元软件ABAQUS建立数值计算模型,通过试验-数值法得出不同长度裂纹的裂纹扩展速度、动态应力强度因子以及砂岩的断裂韧度等参数。试验结果表明:(1)爆炸试验中,不同长度预制裂纹的起裂时间与延迟断裂时间不同,预制裂纹长度在60~80 mm时,起裂时间与延迟断裂时间变化不明显,80~120 mm时基本呈线性增长,之后变化趋于平缓;(2)砂岩的动态裂纹扩展速度不是一个定值,在扩展过程中有起伏变化,预制裂纹长度对于动态裂纹的平均扩展速度的影响较小,不同裂纹长度的平均扩展速度的变化范围在10%左右;(3)随着预制裂纹长度的增加,砂岩的起裂韧度逐渐增加,即砂岩开裂难度增加,其扩展韧度与扩展速度成反比关系,这种反比关系在裂纹长度变化时依然成立。