水岩作用下岩石亚临界裂纹的扩展规律

采用双扭试件,利用常位移松弛法,分别进行自然状态以及水岩作用下大理岩和混合岩的亚临界裂纹扩展实验,获得2种环境下岩石裂纹扩展速率v与应力强度因子KI的关系,并计算得到亚临界裂纹扩展参数A和n。通过对比,研究水对岩石亚临界裂纹扩展规律的影响。研究结果表明:对于大理岩,其A为自然状态下的8.07×1016倍,n由自然状态下的48.33下降到8.28;对于混合岩,其A为自然状态下的5.45×109倍,n则由自然状态下的60.20下降到21.86,说明对应于同一应力强度因子水平,水作用下的岩石亚临界裂纹扩展速度要快;水的存在使得岩石的断裂韧度KIC明显降低,对于大理岩,自然状态下的KIC为3.0316MN/m3/2,水岩作用后KIC为2.2070MN/m3/2,下降27.19%;对于混合岩,2种状态下的KIC分别为2.0877和1.9398MN/m3/2,下降7.08%。该实验结果可为复杂矿岩的稳定性分析提供可靠依据。

水对岩石亚临界裂纹扩展及门槛值的影响研究

亚临界裂纹扩展是岩体工程时间相依性的主要原因之一。采用常位移松弛法,对饱水和干燥两种状态下的大理岩、花岗岩双扭试件进行了亚临界裂纹扩展试验研究,获得了两种岩石在两种状态下的亚临界裂纹扩展速率V与应力强度因子KΙ的关系,分析了两种岩石在两种状态下亚临界裂纹扩展的规律,并确定了两种岩石在两种状态下的门槛值(干燥状态):大理岩0K为1.365,花岗岩0K为2.305;(饱水状态):大理岩0K为1.118,花岗岩0K为1.490。研究表明,两种岩石的IlgK与lgV关系有较好的线性规律,但由于岩石本身矿物成分等的不均匀性,同种岩石的IlgK与lgV关系离散性较大,饱水状态下离散性更大;水能加速岩石亚临界裂纹的扩展,且对不同的岩石,其影响程度也不一样;水可以使岩石亚临界裂纹扩展的门槛值有较大幅度降低,不同岩石其降低的程度也不一样。

混凝土亚临界裂纹扩展的分形效应

通过三点弯曲断裂SEM试验,获得了混凝土断裂全过程的扫描电镜图像.采用分形几何方法对裂纹扩展路径进行了考查,并对获得的数据点进行了回归分析和回归结果的相关性检验,论证了裂纹亚临界扩展的分形性质,得到了细观裂纹路径的分形维数D.此外,还探讨了分维D与断裂能GF之间的关系.

三峡船闸花岗岩亚临界裂纹扩展试验研究

采用双扭试件和自行研制的加载装置，对三峡船闸花岗岩进行了亚临界裂纹扩展试验研究。采用ＵＣＡＭ５Ｂ自动巡回监测仪量测加载过程中试件的位移和应变。根据试验结果，得到了花岗岩亚临界裂纹扩展速度与应力强度因子之间的关系和花岗岩的断裂韧度。由于试验方案设计合理。

岩石亚临界裂纹扩展试验及门槛值研究

利用Instron1342型电液伺服材料试验机,采用常位移松弛法对大理岩、花岗岩双扭试件进行了亚临界裂纹扩展试验研究,获得了其裂纹扩展速率V与应力强度因子KI的关系(KI—V曲线)及I型断裂韧度,分析了不同岩石中裂纹亚临界扩展的规律,确定了岩石亚临界裂纹扩展的停滞速度和门槛值K0。研究表明:采用常位移松弛法所测岩石的lgKI-lgV关系都有很好的线性规律,即岩石的亚临界裂纹扩展速率与裂纹尖端应力强度因子服从幂函数关系,这与Charles理论相符。二种岩石的K0/KIC值的变化在0.706～0.870之间。所测数据为岩土工程稳定的时间相依性研究提供了基本数据。

金川矿岩亚临界裂纹扩展试验研究

采用双扭试件常位移松弛法,对金川软弱复杂矿岩进行亚临界裂纹扩展试验研究。得出采场矿岩亚临界裂纹扩展速度与应力强度因子之间的关系,矿岩断裂韧度为(1.508 4±0.114 3)MN.m-3/2;试验相关系数为0.925 4,表明lgK-Ilgv关系曲线呈直线,数据离散性大是岩石本身的矿物成分、颗粒大小、力学性质的不均匀所致。该试验结果为预测金川Ⅲ矿软弱复杂矿岩自然崩落速度提供了可靠依据。

隔离开关瓷瓶的有限元分析与临界裂纹尺寸计算

利用ANSYS软件分析了在役隔离开关支柱瓷瓶承受的拉应力、剪应力情况,得到上下元件瓷体部分危险区域的最大应力值;结合工程断裂力学理论,推导出计算Ⅰ-Ⅲ混合型裂纹的临界裂纹尺寸公式,结合裂纹形状因子,给出隔离开关支柱瓷瓶检测灵敏度的理论依据。

CNG气瓶在不同H_2S浓度中的临界裂纹尺寸

对3种不同的压缩天然气气瓶用钢4130X、30CrMo材料,在两种H2S环境溶液(高浓度2000×10-6和中等浓度200×10-6)中,采用改进型WOL试样,在测定材料室温K1C的基础上,用螺栓加载法,对22个试样测定了H2S环境下(室温)的临界应力强度因子KISCC.由此确定了不同材料在不同环境溶液中的临界裂纹尺寸,得到了气瓶工作压力及等效应力与临界裂纹尺寸的关系曲线.结果表明:几种材料的K1C值均较高,正常环境中都表现了良好的断裂韧性,但在H2S环境中,KISCC仅为K1C值的20%～40%.对于同样的4130X气瓶用钢,不同的供货来源,其KISCC值相差约30%,临界裂纹尺寸相差约80%.

2种牙科氧化锆陶瓷材料的弯曲强度可靠性和亚临界裂纹扩展研究

目的:研究口腔临床修复中WL和HT氧化锆陶瓷的弯曲强度可靠性和循环载荷下亚临界裂纹扩展(SCG)情况。方法:采用Weibull分布分析由三点弯曲强度实验获得的2组样本(n=15)的弯曲强度数据和由循环疲劳实验获得的2组样本(n=15)的循环疲劳断裂次数数据;通过帕里斯定律(Pairs Law)分析试样在循环载荷下的亚临界裂纹扩展情况,SCG行为通过疲劳裂纹扩展速率(da/d N)和最大应力强度因子(KImax)的函数关系来表述。结果:WL和HT的三点弯曲强度Weibull模数分别为10.64和12.04;应力腐蚀指数n分别为23.71和32.87;亚临界裂纹扩展(SCG)导致其失效的概率分别为90%和76.7%;发生亚临界裂纹扩展时的亚临界应力强度因子KImax仅相当于其临界应力强度因子的49.6%和50.9%。结论:WL和HT在循环载荷下存都在亚临界裂纹扩展,HT陶瓷的亚临界裂纹扩展的最低速率低于WL陶瓷(νHT<νWL)。

岩石亚临界裂纹扩展应力强度因子Williams级数计算及数值模拟

引入Williams级数,提出一种计算双扭试验中应力强度因子的新方法,并运用ANSYS数值模拟软件,对双扭试验进行数值模拟。通过理论分析和数值模拟2种方法,分别计算大理岩和花岗岩在亚临界裂纹扩展中的应力强度因子IK?和IK?。同时,将理论分析和数值模拟所得的应力强度因子IK?和IK?与试验所得的应力强度因子IK进行比较。研究结果表明:理论分析、数值模拟与试验这3种方法所得的应力强度因子均随裂纹的扩展而减小,与断裂力学理论相符;对于同一种岩石试样,理论分析所得的IK?与试验所得的IK的拟合曲线相比斜率偏小,但偏差较小;模拟所得的IK?与试验所得的IK的拟合曲线斜率基本一致,说明理论分析、数值模拟与试验过程中应力强度因子减小规律相同,能反映试验的基本过程,可见理论分析与数值模拟结果可靠,能为岩土工程稳定与时间的相关性研究提供依据。

恒应力速率下陶瓷材料的亚临界裂纹扩展模型

从断裂力学出发，利用阻力曲线（Ｒ曲线），建立了恒应力速率条件下陶瓷材料亚临界裂纹扩展模型．利用计算机数值计算，获得材料在动态载荷条件下，裂纹扩展速率Ｖ与应力强度因子Ｋ的关系（Ｖ－Ｋ曲线），并分析了动态疲劳现象的本质．此模型的中心思想在于将亚临界裂纹扩展分为相互独立的２个过程，即：裂纹瞬时局域失稳扩展和应力腐蚀．利用此模型，对Ｓｉ３Ｎ４陶瓷的动态疲劳特性作出的理论预测与实验结果趋势一致．

水对亚临界裂纹扩展的影响

利用Instron1342型电液伺服材料试验机,采用双扭常位移松弛法对花岗岩试件在空气中及饱和水两种条件下进行了亚临界裂纹扩展试验研究,获得了相应的裂纹扩展速率V与应力强度因子KI的关系(KI-V曲线)及亚临界裂纹扩展参数,讨论了两种环境下裂纹亚临界扩展的规律,并对两种环境下亚临界裂纹扩展参数进行了对比分析。研究表明:采用常位移松弛法所测试的两种条件下的lgKI-lgV关系都有很好的线性规律。在双对数坐标空间中,含饱和水试件的lgKI-lgV曲线位于空气中试件lgKI-lgV曲线的左上角,曲线斜率减小,而截距增加。在同一应力强度因子水平上,含饱和水试件的裂纹扩展速度大,说明水能加速亚临界裂纹扩展,与实际相一致。

圆管表面斜裂纹应力强度因子和临界裂纹长度仿真分析

针对圆管表面斜裂纹,建立基于弹性断裂理论和复变函数理论的计算模型。研究圆管表面斜裂纹发生扩展时临界状态所对应的应力强度因子和裂纹临界尺寸在各种相关因素影响下的变化规律。以Ⅰ、Ⅱ型复合裂纹为例,采用应变能密度理论对其进行了分析。对开裂角、裂纹所处角度及裂纹的几何尺寸等因素的影响进行仿真计算。得到裂纹所处角度对复合型裂纹两个应力强度因子影响的曲线,并对其影响的程度进行了比较。另外,对裂纹所处角度和开裂角对临界裂纹长度的影响进行了仿真分析。结果表明:随着裂纹所处角度的增加,两个应力强度因子(KⅠ、KⅡ)的最大和最小值是相同的,但趋势相反。并且对于Ⅰ型裂纹,在β=0和β=2π的地方,其应力强度因子为零。

LBB弹塑性断裂分析中临界裂纹尺寸计算

LBB评估中基于弹塑性断裂方法(EPFM)计算裂纹稳定扩展的临界尺寸是主要难点之一,工程应用中主要通过裂纹扩展驱动力图(J-a图)或裂纹扩展稳定性图(J-T图)计算裂纹稳定扩展的临界尺寸。针对绘制J-a和J-T图的过程较复杂,且作图法确定临界裂纹尺寸精度会受到作图质量影响的问题,基于EPRI工程评定方法的裂纹稳定扩展条件(ASME和R6等规范中也是引用的该条件),给出了一种计算裂纹稳定扩展临界尺寸的数值方法。分析案例研究结果表明,J-T图驱动力曲线存在不是直线的情况,这与简化分析假设不一致。在分析案例中,J-T图分析获得的临界裂纹尺寸是偏于保守的,当外加载荷较小时,这种保守性较小,但当外加载荷较大时,J-T图引起的保守可能高达40%左右。

压缩天然气气瓶临界裂纹尺寸的研究

以压缩天然气气瓶用钢 4 130X钢为材料 ,实测了高浓度和中等浓度硫化氢腐蚀溶液中材料的临界应力强度因子 ,得出压缩天然气气瓶在高浓度和中等浓度硫化氢溶液中的临界裂纹尺寸 ,为保证压缩天然气气瓶安全运行进行的裂纹评定提供了实验依据。

自紧身管临界裂纹尺寸的概率断裂力学研究

基于概率断裂力学理论和MonteCarlo模拟方法,本文进行了自紧身管临界裂纹尺寸的可靠性研究。自紧身管内表面的疲劳裂纹考虑为半椭圆形式。裂纹尖端处的应力强度因子由内压和自紧残余应力共同产生。自紧残余应力采用了符合身管材料具有强化和包辛格效应性能推导的公式计算,它产生的应力强度因子通过权函数方法得到。根据断裂准则,可计算出自紧身管的临界裂纹尺寸。实例分析表明,对数正态分布为临界裂纹尺寸的最佳分布,同时给出了在各种置信度和可靠度下自紧身管的临界裂纹尺寸。

岩石剪切亚临界裂纹扩展长度的研究

采用剪切盒实验获得岩石平面剪切(II型)断裂,利用Drucker-Prager强度准则推导了岩石的剪切亚临界裂纹扩展长度公式,并通过岩样裂纹尖端断口的扫描电镜实验加以验证。结果表明:利用Drucker-Prager强度准则建立的岩石剪切亚临界裂纹扩展长度计算公式具有形式简单、参数容易确定等优点;根据裂尖应力状态,选用对应于M-C外角点外接圆修正形式(DP1)的参数α和k0代入此公式计算得到的岩石剪切亚临界裂纹扩展长度值与实测值吻合较好,验证了该公式的正确性。岩石剪切亚临界裂纹扩展长度计算公式的建立,可为进一步研究实际工程中的岩石剪切裂纹扩展及止裂问题提供了重要的科学依据。

确定含环向缺陷压力管道临界裂纹长度的分析研究

本文对含缺陷压力管道裂纹穿透后的失效形式和失效分析方法进行了回顾，得出了确定临界裂纹长度的分析方法的选择图，并在三种载荷条件下，分别推导了含环向缺陷的压力管道临界裂纹长度的求取公式。

横观各向同性岩石亚临界裂纹扩展实验研究

在MTS Insight电子拉力试验机上采用常位移松弛法,对具横观各向同性的板岩开展亚临界裂纹扩展试验研究,获得应力强度因子KI与裂纹扩展速率v的关系及I型断裂韧度KIC,揭示不同节理倾角α下裂纹亚临界扩展规律。研究结果表明:各个节理倾角下的lgK_I-lgv具有很好的线性规律;当节理倾角为0°~45°时,回归参数a随倾角的增大而增大,回归参数b随倾角的增大而减小;当节理倾角为45°~90°时,回归参数a随倾角的增大而减小,回归参数b随倾角的增大而增大,亚临界裂纹扩展参数A和n分别与回归参数a和b变化规律相同;断裂韧度KIC以及松弛最大荷载P_(max)均符合"U"型抛物线分布,当节理倾角为0°~45°时,两者随倾角的增加而减小,当节理倾角为45°~90°时,两者随倾角的增加而增大,同时,两者均在节理倾角为0°时取得最大值,在节理倾角为45°时取得最小值。

不同自增强度厚壁筒的外表面临界裂纹深度和疲劳寿命

本文根据高强度钢具有强化与 Bauschinger 效应的特性所推导的自增强厚壁筒残余应力公式,用有限单元法计算了外壁具有裂纹的自增强厚壁筒的应力强度因子K_1,得到了工作内压与残余应力共同作用下的应力强度因子公式,根据测定的材料的断裂韧度和疲劳裂纹扩展性能,用便于工程应用的方法,分析了不同自增强度,对外表面裂纹的临界深度和疲劳寿命的影响,提供了计算方法。