冲击载荷下脆性空心颗粒破碎机理

为考察脆性空心颗粒在冲击载荷作用下的应变率效应和破碎行为的细观机理,以粉煤灰漂珠为研究对象,基于低速冲击实验和有限元数值模拟,对比了典型空心颗粒材料在不同加载速率下的力学响应特性和细观压溃行为,阐释了材料宏观应变率效应产生的细观机理,获得以下结果。(1)在0.001~300 s~(-1)应变率范围,漂珠颗粒的破碎率和Hardin破碎势平均提升了约21%和10%~30%,材料比吸能提升了50%~125%,比吸能的额外增加主要与动态颗粒滑移产生的摩擦耗能相关。颗粒平均尺寸较大的试样体现出更强的应变率效应。(2)初始压溃阶段的应力应变响应特征的数值模拟结果与实验结果较吻合,低速冲击下动态二次压溃现象产生的细观机理为动态颗粒滑移和压紧行为对加载速率的依赖性。(3)数值模拟表明,冲击加载下产生相同应变时颗粒的损伤程度和范围大于准静态加载,这与实验所得破碎势随应变率增加的结果一致。对比低速冲击实验的相对破碎势分析和细观数值模拟结果可知,脆性颗粒堆积材料在动态冲击下表现出的宏观应变率效应主要归因于颗粒压溃行为的率敏感性和动态加载下颗粒破碎能量利用率的降低。

干湿循环作用下泥岩颗粒料崩解试验研究

通过室内模型试验,探究在干湿循环作用下泥岩颗粒料的崩解规律。利用基础熵量化泥岩颗粒料在干湿循环作用下的破碎程度,分析了土体级配随干湿循环的变化规律;引入破碎势的概念量化上覆荷载、粗颗粒含量等对泥岩颗粒料崩解破碎的影响。研究结果表明:崩解过程主要集中在前4次干湿循环中,其中2~4次的干湿循环作用下的颗粒崩解破碎最为剧烈,在经历9次干湿循环之后,泥岩试样由连续级配变为非连续级配;破碎势可以较好的量化分析上覆荷栽、粗颗粒含量在干湿循环前后泥岩颗粒料所具有的崩解破碎的概率,总破碎率可以量化描述从具有破碎的概率到发生破碎的这一类泥岩颗粒料占比情况。