冻融循环下含预制缺陷3D打印岩石细观结构演化及力学损伤特性研究

岩石的冻融破坏是导致寒区在役岩土工程结构稳定性丧失与破坏的重要因素。岩石宏观冻融破坏往往经历了细观层面微裂纹萌生、发展、聚并、贯通的损伤过程,即在冻融循环条件下岩石初始缺陷(孔-裂隙结构)在周期性冻胀力作用下发生的疲劳损伤。为探究含有初始缺陷的3D打印岩石在冻融循环作用下的细观结构演化和力学性能劣化特征,通过单轴压缩试验和SEM成像测试,分析了不同冻融条件下3D打印岩石力学性质劣化特征以及细观结构演化规律。采用CT扫描三维重构技术获取和重构了样品的等效孔隙网络模型,定量分析样品的孔隙率、渗透率、孔喉数量等细观结构参数随冻融次数的变化规律,建立了以孔隙结构参数定义的冻融损伤变量,分析了冻融损伤变量随冻融次数增长的演化规律。结果表明:预制裂缝的存在会显著增加3D打印岩石的脆性,随着冻融次数增加,在循环冻胀作用的影响下,砂粒之间的原始胶结受到破坏,微裂纹开始萌生,颗粒排列逐渐由均匀变得无序,孔隙数量和尺寸均表现为增大。冻融损伤变量的发展经历了缓慢增加-平稳增长-快速发展3个阶段。本研究成果为揭示冻融循环条件下岩石宏观力学性质劣化与细观结构演化之间的内在关系和冻融破坏机制提供了一种无损、定量的研究方法,能够为寒区岩土工程冻融破坏防治提供理论指导。

弹丸超高速撞击三层铝板损伤特性分析

为了应对日益恶化的空间碎片环境,在传统双层铝板防护结构基础改进而来的三层铝板结构具有良好的防护性能,采用非线性动力学分析软件AUTODYN的光滑质点动力学方法(SPH),开展Al2017-T4铝制球形弹丸超高速撞击三层板防护结构的损伤特性数值仿真分析,总结得到弹丸撞击速度νp和防护层间距S1/S2分别对铝板(两层防护屏与舱壁)损伤影响的规律。分析结果表明:在其余撞击条件一定时,随着撞击速度的增加,第一层防护屏的穿孔直径基本保持不变,第二层防护屏穿孔直径与舱壁的损伤程度逐渐增加,表明弹丸撞击速度对三层铝板结构的损伤特性具有显著影响。此外,防护结构的质量和总间距一定时,增大防护层间距S1/S2能够降低舱壁的损伤程度,提高防护结构抵抗球形弹丸超高速撞击的能力,防护层间距S1/S2为75/25时为最佳层间距位置,此时防护结构抵抗球形弹丸超高速撞击的能力最佳。