锤式破碎机冲击速率对青砂岩破碎效果及断裂能利用效率的影响

锤式破碎机冲击速率直接影响着岩石破碎效果,为研究锤头冲击速率对青砂岩破碎效果及断裂能利用效率的影响,结合物理试验与细观参数标定,建立了青砂岩宏观−细观力学响应关系,采用颗粒流程序分析了锤式破碎机不同冲击速率下青砂岩的应力链特点、损伤劣化特征、声发射及裂纹变化,并研究了断裂能利用效率。结果表明:①青砂岩在破碎过程中,破坏微单元内部以拉力链为主,破坏边缘以压力链为主,在未破坏微单元内部压力链与拉力链相互交叉成网状,拉力链引起裂纹扩展,最终破坏是压力链和拉力链共同作用的结果。②青砂岩破坏形态分为局部破坏、扩展破坏及加剧破坏阶段,破坏微单元数量分为快速增加、逐渐变缓及稳定阶段。冲击速率越大,破坏微单元数量稳定值增加幅度越大,且破坏微单元数量与冲击速率近似服从直线分布。③随着冲击速率的增加,青砂岩裂纹累计数量分为快速增加与稳定阶段。裂纹萌生阶段,以剪切裂纹为主,初始输入能量主要用于剪切裂纹的生成,而后拉伸裂纹所占的比例逐渐增加,且最终以拉伸裂纹为主。④青砂岩在破坏过程中,断裂能分为快速增加、逐渐变缓及稳定阶段。断裂能利用效率分为快速增加、缓慢增加及缓慢下降阶段,最大值为10.851%,并建立了断裂能利用效率与冲击速率的定量化关系。研究结果不仅从细观角度对青砂岩破碎效果及断裂能利用效率进行了初步探索,也可为锤式破碎机破碎过程中工艺参数的合理选择提供参考。

含内聚裂纹弹性体的能量释放率与断裂能

根据内聚裂纹模型,含裂纹的弹性体在裂纹尖端附近存在一内聚区,内聚区断裂参数表达是其核心研究内容.该文假定弹性平板直线裂纹尖端存在一带状内聚区,并由一条虚拟线裂纹代替,其张开位移与内聚力存在确定的非线性函数关系.以Ⅰ型边裂纹为例,导出了满足虚拟裂纹条件的解析解;在此基础上给出了物理裂纹尖端扩展的能量释放率Ga、内聚裂纹尖端扩展的能量释放率Gb的计算公式;讨论了Gb,J积分和断裂能GF之间的关系;从理论上证明了临界能量释放率Gbc就是断裂能GF,Gbc可以作为含内聚区材料裂纹失稳扩展的断裂参数.提出的方法适用于所有含Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型内聚裂纹的弹性体.

基于断裂能的混凝土弹塑性损伤本构模型和尺寸效应研究

为研究混凝土断裂特性与尺寸效应,引入断裂能和等效应变表示混凝土的损伤演化规律,结合混凝土塑性变形特征,提出基于断裂能的混凝土弹塑性损伤本构模型,并建立相应的数值计算模型。为验证数值计算结果的合理性,引入改进的能量尺寸效应公式进行对比分析。通过对三点弯曲梁的有限元数值模拟和断裂参数敏感性分析发现,尺寸较小的梁失效时,断裂过程区未扩展至特征长度,限制了能量耗散,从而提高了梁的抗断裂能力,增强了梁的名义强度;随着尺寸增大,失效时的断裂过程区逐渐接近特征长度,梁的名义强度逐渐减小;当断裂过程区达到特征长度后,结构名义强度不再随梁尺寸的增大而减小。

沥青-集料界面断裂能的测试方法与影响因素

表面脱粒是沥青路面常见病害之一,会对沥青路面的耐久性和路用性能产生极大不利影响。为解决沥青路面脱粒预测和敏感性分析所需要的沥青-集料界面断裂能实测问题,本研究提出了摆式冲击试验的测试方法,通过对“集料-沥青-集料”试件施加横向剪切冲击荷载,使得沥青与集料界面发生破坏并测试其断裂能。研究中对温度、沥青种类、集料类型、水、矿粉等因素对沥青-集料界面断裂能的影响进行了分析,结果表明:沥青-集料界面断裂能可作为评价沥青-集料界面性能的指标,综合体现了沥青-集料粘附性能和沥青内聚性能,以及不同温度、荷载条件作用下沥青-集料界面的力学特性;温度对沥青-集料界面断裂能影响较大,随着温度升高沥青-集料界面断裂能呈现先上升后下降的趋势,且沥青与集料粘附性能逐渐提高,沥青内聚性能逐渐降低;SBS改性沥青和高粘改性沥青与集料的界面断裂能明显大于基质沥青,但两种改性沥青与集料的界面断裂能除峰值外差异不显著;集料类型对沥青-集料界面断裂能的影响不具有显著规律;在各个温度下水都会使沥青-集料界面断裂能发生衰减;在沥青中加入矿粉会使界面断裂能下降,基于沥青混合料性能的最佳粉胶比范围,并不一定对沥青-集料界面性能起到积极影响。摆式冲击试验所测定的沥青-集料界面断裂能不仅可以作为定量评价沥青材料与集料界面性能的依据,同时也可以为脱粒病害的数值模拟分析提供材料参数,为脱粒病害的预测和敏感性分析提供判断依据,从而为沥青路面抗脱粒精准设计奠定基础。

混凝土复合型裂缝的断裂能及其判据研究

首先通过理论分析得到断裂能与能量释放率的关系,继而根据试验研究测出的单一型裂缝的断裂能,进行单一型裂缝断裂能与断裂韧度的相关性分析,得到了单一型裂缝的断裂能与能量释放率之间的关系,再进行数值模拟,获得混凝土复合型裂缝的断裂能。基于Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、二维复合型(Ⅰ-Ⅱ、Ⅰ-Ⅲ、Ⅱ-Ⅲ)和三维复合型(Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ)的应力强度因子断裂临界曲线和临界曲面(即完整的系列K判据),通过各复合型裂缝的断裂韧度,得到相应的能量释放率,进而获得复合型裂缝的断裂能,绘出断裂能临界曲线和曲面,从而建立了完整的系列断裂能G判据。

掺锂渣再生粗骨料混凝土断裂能试验研究

为研究锂渣掺量、再生粗骨料取代率和初始缝高比对混凝土断裂能的影响,制作了144个掺锂渣再生混凝土三点弯曲梁试件,试验获得各组试件的荷载-跨中位移曲线,计算其断裂能进行分析。试验结果表明:混凝土中掺入锂渣没有改善混凝土断裂能的效果,再生粗骨料适量替代卵石可以提高混凝土断裂能,因此随再生粗骨料取代率增加混凝土断裂能先增大后减小。随初始缝高比的增大,掺锂渣再生粗骨料混凝土的断裂能逐渐减小。

Si_(3)N_(4)晶须断裂能计算及石墨烯/Si_(3)N_(4)晶须协同增韧Si_(3)N_(4)陶瓷摩擦学特性研究

针对制约基于有限元开展石墨烯/晶须协同增韧陶瓷材料研究的问题,以Si_(3)N_(4)晶须(β-Si_(3)N_(4w))为例,提出了求解β-Si_(3)N_(4w)断裂能的模型方法并基于分子动力学计算了β-Si_(3)N_(4w)断裂能,通过干摩擦磨损试验研究了石墨烯纳米片(MLG)/β-Si_(3)N_(4w)及载荷对Si_(3)N_(4)基陶瓷摩擦学特性的影响。结果表明:β-Si_(3)N_(4w)的断裂能约为0.35J/m^(2),仿真及实验结果具有较好的一致性,有效验证了断裂能结果的有效性。Si_(3)N_(4)基陶瓷在10N载荷时摩擦系数达到超低值0.042。MLG润滑膜及Si_(3)N_(4)基陶瓷韧性的提高是摩擦系数降低的主要原因。

混凝土断裂能的边界效应确定法

从试件边界条件对断裂过程区的影响出发,研究了断裂特性在韧带上的分布特征,解释了根据断裂功原理测试得到的断裂能的尺寸效应现象。并以此为基础,通过引入局部断裂能的概念,推导出与尺寸无关的混凝土断裂能表达式。以不同韧带长度的楔入劈拉和三点弯曲梁试验进行了验证工作。结果表明,在试件的破坏状态,由于边界条件的限制,局部断裂能在韧带方向上的分布是不均匀的,从而引起测试断裂能的尺寸相关性。根据建立的模型计算得出的断裂能与试件尺寸无关,但反映边界影响的长度参数却随着试件尺寸的变化而变化。

混凝土断裂能的边界效应

本文从试件边界条件对断裂性能的影响出发,通过局部断裂能在韧带分布的连续光滑曲线假定,给出了真实的混凝土断裂能表达式,称为光滑曲线模型,并与受扰韧带模型及双线性模型进行了初步比较,同时,进行了4组不同韧带长度的楔入劈拉试验。结果表明,根据断裂功方法测得的混凝土断裂能的尺寸效应是由于局部断裂能在试件韧带上分布的不均匀引起的,而此分布特性受试件边界条件的影响;当试件尺寸足够大时由试验测得的断裂能即为混凝土的真实断裂能,也就是试验测试值的极限值;本文模型计算得到的混凝土断裂能与受扰韧带模型及双线性模型的计算结果非常接近,但3个模型在描述边界条件对其影响的程度上却各不相同,有待于做进一步研究。

改性双基推进剂断裂能下限研究

为获得改性双基推进剂断裂能下限值,使用标准哑铃型试件、紧密拉伸试件和双边切口试件进行了不同拉伸速率下的单轴拉伸实验。实验结果表明:力与位移之间的关系可以反映三种试件失效形式的不同,失效形式决定了推进剂断裂能下限的获取方法。断裂能密度随拉伸速率的增大呈现出先急速上升后缓慢上升最终趋于稳定的过程。紧密拉伸试件和双边切口试件的断裂能密度明显低于标准哑铃型试件;当拉伸速率<200mm/min时,紧密拉伸试件的断裂能密度小于双边切口试件,随着拉伸速率的增大,两者的差距越来越小,可将紧密拉伸试件的断裂能密度作为改性双基推进剂断裂能下限;当拉伸速率>200mm/min时,紧密拉伸试件和双边切口试件的断裂能密度几乎相等,两种试件获得的断裂能密度均可作为改性双基推进剂断裂能下限。

楔入劈拉法研究混凝土断裂能

混凝土断裂能的尺寸效应一直是研究的热点问题之一。借助于断裂功的概念 ,目前采用不同的试件形式来测试混凝土断裂能GF。其中 ,楔入劈拉试件因其在实际操作过程中的诸多优点而有希望成为测试混凝土断裂能GF 的标准。本文采用楔入劈拉法研究了试件韧带高度对GF 的尺寸效应影响。在测试过程中为得到稳定的荷载位移下降段而采用了柔度测试法。根据RILEM推荐的公式计算混凝土断裂能GF 时 ,对荷载 -位移曲线的尾部进行了合理的拟合处理 ,并考虑了试验夹具自重的影响。结果发现混凝土断裂能GF 数值随试件韧带高度的增加有上升的趋势 ,具有明显的尺寸效应。进一步证实了尺寸效应是传统意义上的混凝土断裂能的属性特征。

混凝土Ⅱ型断裂的FCM和断裂能

本文讨论了混凝土Ⅱ型断裂的机理,并给出了一个产生Ⅱ型断裂的充分条件.从而,提出了Ⅱ型虚拟裂纹模型(FCM).并据此用有限元计算了属于Ⅱ型的剪切断裂能和压剪断裂能.在用刚性加载架对混凝土试样测得剪切荷载-切口相对位移全曲线的基础上,获得了剪切断裂能和压剪断裂能的试验值,它与电算值相当接近.试验结果表明,混凝土Ⅱ型断裂能约为Ⅰ型断裂能的20倍.

钢纤维高强混凝土断裂能及裂缝张开位移

通过对钢纤维高强混凝土和高强混凝土试件的楔劈拉伸试验,探讨了钢纤维体积率(φf)和切口相对深度对钢纤维高强混凝土断裂能(GfF)和临界裂缝张开位移(cδ)的影响。结果表明:随着φf的增加,GfF、临界裂缝嘴张开位移(fδmc)、临界裂缝尖端张开位移fδtc均线性增加,钢纤维高强混凝土断裂能增益比、临界裂缝嘴张开位移和临界裂缝尖端张开位移的增益比亦基本呈线性增加。随着切口深度的增加,GfF和高强混凝土断裂能GF都有不同程度的减小。相对于高强混凝土,切口深度变化对GfF的影响较小。在试验的基础上,提出了GfF和Qfmc的计算公式。

三点弯曲梁法研究混凝土断裂能及其试件尺寸影响

采用不同体积、厚度、跨度、高度４个系列计１４组最大尺寸为２４００ｍｉｎ×６００ｍｍ×６００ｍｍ的三点弯曲切口梁试件测试了混凝土断裂能ＧＦ．结果表明，断裂能有随试件体积的增大而增大、随试件跨度增大而减小的趋势。当试件厚度大于２００ｍｍ后，断裂能与试件厚度无关。随试件高度的增大，断裂能也随之增大．因此，混凝土断裂能同断裂韧度ＫＩＣ－样存在着明显的尺寸效应现象，其变化规律也基本一致．

混凝土断裂能的理论分析

针对采用三点弯曲法确定的混凝土断裂能具有明显的尺寸效应的问题,分析了三点弯曲法测量混凝土断裂能误差来源,指出荷载-挠度曲线下降段被截断的尾部曲线对断裂能测量结果影响较大.解释了断裂能测量结果的尺寸效应现象,其根本原因是断裂区以外的附加能耗随试件尺寸增大而递增;推导了断裂能的理论值,其值消除了尺寸效应的影响,可视为材料参数.

关于三点弯曲法确定混凝土断裂能的分析

在分析三点弯曲法测量混凝土断裂能误差来源的基础上，对试验机系统进行特殊设计，可以排除绝大多数误差来源．荷载挠度曲线下降段被截断的尾部曲线对断裂能测量结果的影响较大，采用荷载挠度曲线下降段尾部曲线的形式估算被截断的尾部曲线对断裂能测量结果的影响，基本上解释了断裂能测量结果的尺寸效应现象．

大理岩等围压三轴压缩全过程研究Ⅱ:剪切断裂能分析

通过对等围压三轴压缩和峰前峰后卸围压过程岩石试样的不同破裂形态和宏观破坏角的对比分析,结合大理岩应力-应变全过程中的分叉行为,提出剪切断裂能的计算方法,分析了剪切断裂能的发展过程,揭示了峰前卸围压破裂强烈的原因。

楔入式紧凑拉伸法确定混凝土的断裂能

本文采用楔入式紧凑拉伸法,对6组不同高度的36个楔入式紧凑拉伸试件进行了断裂试验,研究混凝土断裂能的确定方法和尺寸效应。根据断裂功的计算原理用所测得的荷载与裂缝张开口位移曲线,分别采用幂函数和指数函数拟合得到的尾部曲线对断裂能的贡献,计算出试件的断裂能。结果表明,两种函数拟合得到的尾部曲线有所不同,由此所计算出的断裂能也有一定差异,200mm高的试件的断裂能略小,当试件高度大于300mm后,断裂能不随试件高度的增大而变化,各种尺寸试件断裂能的平均值为204N/m。可认为采用本文试验方法所确定的断裂能在试验的试件高度范围内基本上是常值,无明显尺寸效应。

大尺寸砼试件的断裂能

采用最大尺寸为１２００ｍｍ×１２００ｍｍ×２００ｍｍ的楔入劈拉试件研究了试件高度对砼断裂能的影响．结果表明，断裂能ＧＦ在一定范围内存在尺寸效应，但当试件高度ｈ＞８００ｍｍ时，所测得的ＧＦ值与试件高度无关．

考虑尺寸及纤维掺量影响的高强混凝土断裂能试验研究

在断裂能测试分析中,试件尺寸及钢纤维含量同时影响混凝土测试断裂能。为研究不同钢纤维掺量及试件尺寸对高强混凝土断裂能的影响,制备了105根不同钢纤维体积掺量(0%、2%、3%)和缝高比(0.05,0.1,0.15,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7)的几何相似单边切口梁试件。采用三分点加载试验方法,得到了不同开口裂缝深度、试件尺寸大小和钢纤维掺量对高强混凝土断裂能的影响规律。试验结果表明:钢纤维掺量能显著影响高强混凝土断裂能,但随着钢纤维掺量的增加,断裂能增长速度减缓;钢纤维高强混凝土测试断裂能G f随初始裂缝长度的增加呈线性递减,随试件尺寸的增加呈线性递增,表现出明显的尺寸相关性;钢纤维的掺入可削弱试件缝高比变化对测试断裂能的影响,显著提高混凝土的韧性;基于边界影响模型,揭示了初始裂缝长度、试件尺寸对测试断裂能G f产生的影响可归结为试件边界对断裂性过程区的影响。