钢桥面板顶板与U肋焊缝裂纹类型及扩展特征

为研究顶板与U肋焊缝各类型疲劳裂纹萌生及扩展特征,利用ABAQUS有限元软件建立钢桥面板节段模型,根据最大主应力及其方向分布,分析了不同轮载下的裂纹萌生位置和开裂趋势.结合顶板、U肋的受力与变形特征,利用FRANC2D二维断裂分析软件建立该疲劳细节开裂模型,通过分析扩展路径和应力强度因子,明确顶板与U肋各类型裂纹的受力成因与扩展特征.研究结果表明:当轮载横向位置偏离U肋正上方时,裂纹易萌生于焊根处;而轮载作用于U肋正上方时,裂纹易萌生于焊趾处;水平裂纹易在焊根处萌生并沿焊喉方向扩展,且焊根裂纹扩展的可能性和速率远大于焊趾处,尤其当U肋变形较大时.顶板、U肋面外变形分别易导致张开型的竖向和水平向扩展裂纹.

沥青路面裂纹类型、形成原因及养护分析

沥青路面是现在我国最常见的一种路面类型,它具有行车舒适、噪音小、振动低、容易施工等优点。但由于施工过程中出现的问题或是材料的质量太差,沥青路面在开放交通一两年后也会出现各种病害,如:水损害、车辙、裂缝等。沥青路面病害问题是我国研究解决的主要问题。因此,文章就几种典型沥青路面裂纹类型、形成原因及养护工作进行分析研究。

不同填充裂纹位置与尺寸下的类岩石试样破坏研究

为了研究不同填充裂纹位置和尺寸对类岩石试样力学性能和破坏特征的影响,制备裂纹宽度分别为20 mm、40 mm和60 mm,开度分别为2 mm、4 mm和6 mm且分别分布于试样中部和边部的类岩石试样,分析试样的单轴压缩强度和裂纹扩展状态。结果表明:随着裂纹宽度和开度的增加,试样的有效承载能力逐渐降低,单轴压缩强度逐渐下降;中部裂纹两端萌生的翼型裂纹是试样失效的主要裂纹,边部填充裂纹能够有效抑制翼型裂纹的萌生,使得边部填充裂纹试样单轴压缩强度高于中部填充裂纹试样。该研究可以为巷道支护结构的安全性能评估和使用寿命预测提供试验依据。

双轴加载下断续预置裂纹贯通机制的研究

通过物理实验和数值模拟,研究双轴作用下不同几何分布和不同围压的断续预置三裂纹的萌生、扩展和贯通机制。结果清楚显示裂纹贯通机制主要受加载条件与预置裂纹几何分布的影响。在双轴加载条件下,裂纹贯通的模式包括拉贯通、剪贯通、压贯通和混合贯通。拉裂纹在双轴加载下, 其扩展速度减慢或停止,且在岩桥间出现剪裂纹,从而形成混合贯通或剪贯通。压裂纹是在侧压下产生的次生裂纹,其贯通受制于两非共线的重叠裂纹间的岩距。当1<b/c<1.8(岩距与裂纹长度的比值为b/c)时,则压裂纹最为活跃,否则压裂纹较难生长。双轴作用下,三裂纹在峰值附近有两组贯通裂纹,在单轴情况则通常只发生一组贯通裂纹。此外,随着压力增加,预置裂纹间更加闭合,导致预置裂纹的内摩擦力增加,使裂纹的扩展方向改变并趋向于最大主剪应力方向。

多节理岩体裂纹扩展及变形破坏试验研究

为了研究不同倾角下多节理岩体力学行为,采用10 MN微机控制电液伺服大型多功能动静力三轴仪,开展包含较多预制非贯通节理类岩石试件的单轴压缩试验,研究了多节理岩体裂纹的特征、贯通模式、破坏模式、应力-应变特征等与节理倾角之间的关系。试验结果表明,(1)多节理岩体的裂纹类型主要有翼裂纹和次生共面裂纹,翼裂纹的扩展路径与单个节理情况下的扩展路径差异较大,翼裂纹起裂后沿起裂方向存在较长的扩展长度,直接与相邻节理或翼裂纹形成贯通,并且裂纹的贯通表现出四种不同的模式;(2)多节理岩体的破坏模式归纳为3种类型:平面破坏、块体转动式破坏和台阶式破坏;(3)根据多节理岩体的应力-应变曲线在应变软化阶段所表现出的不同非线性变形行为特征,可以将曲线归纳为4种类型;(4)多节理岩体的强度和变形各向异性特征非常显著,强度和弹性模量均在节理倾角30°时最小,90°时最大。

微波照射和冲击荷载作用后岩石裂纹试验研究

为了研究岩石裂纹的特性,用扫描电镜(SEM)对花岗岩、大理岩和砂岩在相同微波功率10 k W照射下和落锤冲击后观测岩石断口的形貌、微观裂纹类型及所用断裂模型,分析相同功率作用下,岩石在落锤试验后的破坏机理。结果表明:从宏观断面图中可以看出裂纹的发展和颜色变化;SEM微观观察得到花岗岩断口形貌为平坦面状和条纹状,大理岩呈现为阶梯状,而砂岩为破碎状和蜂窝状;花岗岩和砂岩的微观裂纹是由张拉应力和压应力作用而产生的,而大理岩是缩聚裂纹;花岗岩的断裂类型为沿晶断裂、穿晶断裂以及两者叠加,大理岩的主要是沿晶断裂,砂岩的主要是穿晶断裂。

海洋钢结构常见裂纹形式及预防措施

在钢结构焊接时由于主观、客观因素的影响,经常会出现裂纹、气孔、夹渣、未熔合、未焊透、咬边、焊瘤、烧穿、凹坑和弧坑、飞溅等缺陷,在这些缺陷当中,裂纹是焊接生产中比较普遍而又最危险的缺陷,它不仅减少承载截面,产生严重的应力集中,还会在使用中逐渐扩大,最后导致构件的破坏,造成废品,严重的还会带来灾难性的事故。预防裂纹或其它缺陷的产生和焊后外观检验发现缺陷是我们焊接检验工程师义不容辞的责任和使命。

不同粒径黄砂岩微观-宏观裂纹演化机制研究

为了探讨粒径对黄砂岩微观-宏观裂纹演化机制的影响,系统地开展了不同粒径黄砂岩单轴压缩声发射试验。基于声发射监测技术以及震源机制反演方法,对岩石变形破坏过程中微裂纹演化机制进行了研究,同时利用电镜扫描技术与几何分形理论,对破坏后的砂岩表面裂隙宏观形态及试件断口的微观形貌特征进行了分析。试验结果表明:粒径的大小、胶结物类型的不同均可影响岩石强度,通过室内试验得出随着黄砂岩粒径的逐渐增大,其峰值应力呈逐渐下降的变化趋势;对比不同粒径黄砂岩试件变形破坏过程中的声发射改进b值(b_(I)值)与平均声发射能率,所有试件峰值破坏前平均声发射能率均存在“激增”与“激降”现象,且声发射b_(I)值在砂岩试件达到峰值破坏时下降到最小值,该现象可以作为岩石的失稳破坏前兆特征;随着构岩矿物颗粒粒径的增大,岩石内部微裂纹的破坏模式由张拉型为主导向剪切型为主导进行转变;破坏后岩样表面宏观裂隙的分形维数随着岩石粒径的增加呈现下降的变化趋势,即粒径大小对岩石表面宏观裂隙演化过程具有一定控制作用。

基于断裂力学理论的结构裂纹扩展机理分析

阐述了断裂力学理论的研究现状及应用范围,同时基于断裂力学理论,对结构断裂的扩展机理进行分析,论述了3种不同裂纹类型的应力强度因子对裂纹扩展的影响。同时,利用有限元分析软件Abaqus设立位移增量分析步,对裂纹扩展全过程进行模拟,并运用断裂力学理论对结构断裂的扩展过程进行更详细分析。研究结果表明:结构中裂纹扩展与否,与裂纹的应力强度因子有着必然联系,当裂纹的应力强度因子大于其断裂韧性时,裂纹将发生扩展。

搅拌摩擦修复6061-T4铝合金裂纹的组织和性能

采用搅拌摩擦方法对预制裂纹的6061-T4铝合金板进行修复,研究了表面裂纹和贯穿裂纹2种类型试样修复区的微观金相组织和抗拉性能及硬度分布.结果表明:2种预制裂纹试样在合适的焊接工艺参数下,经搅拌摩擦修复后裂纹都能愈合.修复区晶粒由于动态再结晶,晶粒细化形成细小的等轴晶粒,裂纹修复后的试样抗拉强度能达到母材强度的78%,表面裂纹试样的伸长率达到16.1%、贯穿裂纹试样伸长率达到14.2%,为韧性断裂;裂纹修复区的显微硬度的分布曲线基本呈现"W"形.

低压余热锅炉制造中汽泡环焊缝热裂纹探讨

一般情况下按焊接裂纹产生的温度和时间分为热裂纹、冷裂纹(延迟裂纹)和再热裂纹等,在承压类特种设备制造中产生的裂纹主要是热裂纹、冷裂纹。控制焊缝中S、P、C等含量,选择合适的焊接工艺、降低焊接结构刚性减少焊接残余应力是提高焊缝的抗裂性、减少热裂纹的有效措施。在锅炉焊接生产中,选择合适的焊丝、焊剂或焊条,有效控制其S、P、C含量,选择合适的焊接工艺和结构,减少焊接残余应力是减少焊缝纵向裂纹的有效措施。

锅炉压力容器压力管道检验中裂纹问题的思考

为了确保锅炉压力容器正常运转,理应做好压力管道检验工作,务必将其作为一项重要内容加以对待。锅炉压力容器在运转过程中,受内外环境和压力的作用下,很容易出现裂纹问题。裂纹问题比较容易被忽视,但此问题严重影响着锅炉压力容器的正常运转,使其存在很大的运行隐患。只有科学、规范处理管道裂纹问题,才能确保锅炉压力容器的质量和使用年限。本文将尝试针对压力管道存在的裂纹问题展开探讨,以期为压力管道检验工作提供些许可借鉴的经验。

单轴压缩作用下岩石脆性破裂机制的声发射识别

监测和识别岩石变形过程的微破裂发育,有助于理解其脆性破裂机制以及预防工程灾害。基于声发射监测技术,对比分析了砂岩和花岗岩的单轴压缩破裂过程。基于声发射RA-AF裂纹分类准则,提出了裂纹分类参数累计曲线法,依据累计曲线斜率k值变化(-1~1)可推断出岩石破裂过程中张拉裂纹(k=1)和剪切裂纹(k=-1)的发育阶段,进而识别脆性破裂机制。宏观破裂特征显示,砂岩发生单斜面剪切破坏,花岗岩发生劈裂破坏。声发射撞击数、b值等特征参数分析表明,两种岩石脆性破裂过程中微破裂释放的弹性能的频数与能级特征相似,无法区别二者破裂机制。然而,累计曲线法结果显示,砂岩存在裂纹分类参数累计和线性增长(k=0.66)、非线性增长(k降低至0)和非线性降低(k降低至-0.37)等3个阶段,而花岗岩仅存在线性增长(k=0.83)和非线性增长(k降低至约0.5)两个阶段。微观结构显示,破坏砂岩的剪切带由翼型张拉裂纹组成,暗示张拉裂纹发育先于剪切裂纹发育。综合分析表明,张拉裂纹发育首先主控砂岩的变形,随后剪切裂纹发育增强,直至第3阶段剪切裂纹发育主控并导致剪切破坏;而花岗岩在变形第2阶段受张拉裂纹发育主控并发生劈裂破坏。基于声发射监测技术,裂纹分类参数累计曲线法有效识别了单轴压缩条件下的两种基本破裂模式,为识别复杂应力条件下岩石的脆性破裂过程和机制提供了简单途径。

不同卸载速率下岩爆破坏特征试验分析

对北山花岗岩进行4种不同速率卸载的岩爆试验,收集试验后产生的碎屑,进行粒径分布和基本尺寸量测,得到碎屑尺度特征。利用声发射系统采集试验过程中声发射信号,采用典型的时频分析手段,提取每一个声发射波形信号的主频值,绘制整个试验全局主频分布图,找到花岗岩岩爆主频分布带。试验结果表明:随着卸载速率的降低,碎屑总数量,块状、板状碎屑所占百分比均呈下降趋势。而声发射分布带主要位于中低频带内,且随着卸载速率降低逐渐上移,由密集变离散。根据声发射参数RA和AF特征值分布情况,结合核心密度定义,揭示裂纹类型演化过程。发现在卸载岩爆过程中产生了大量张拉裂纹和一定量的剪切裂纹,随着卸载速率的降低,声发射信号量减少,预示着岩石内部裂纹数量明显减少。以上室内试验结果对于认识不同卸载速率下岩爆机制具有重要意义,同时为工程实际中通过调整开挖速率降低岩爆风险的可行性提供了室内试验支持。

压缩作用下岩石预置裂隙贯通机制的研究

运用岩石破裂过程分析系统(RFPA2D),结合室内实验研究了预置双裂隙试样在不同岩桥倾角影响下的破坏过程及裂隙的贯通机理。对单轴加载下岩桥断裂特征的研究表明:随着岩桥倾角(0°~90°)的增加,贯通模式呈现由压剪混合贯通过渡到剪切贯通最后到拉伸贯通的趋势。从贯通强度和能量的角度,分析了岩桥倾角分别为0°、30°、60°、90°下的贯通模式,研究了岩桥长度、非均匀性对裂纹扩展的影响。结果表明:岩桥倾角为0°时,贯通强度最高;岩桥倾角为60°时,贯通强度最低;随着岩桥长度(8mm^42mm)的增加,贯通由简单模式过渡到复杂贯通最后到未贯通;当均匀性系数较小(m=3),即均匀程度较低时,裂纹往往沿着强度较弱的部位进行扩展,裂纹路径较为曲折;当均匀程度较高时(m=7、m=15),主裂纹路径较为集中,宏观上表现为越来越光滑。

高温三轴应力下大理岩损伤演化与声发射活动特征研究

为了揭示温度影响下的大理岩裂隙发展与损伤演化规律,利用岩石高温三轴伺服试验机与声发射测试系统,研究了30、60、90、120、150℃条件下的大理岩变形破坏特征与声发射活动规律。研究结果表明,高温作用下大理岩三轴压缩破坏经历压密和弹性变形阶段、塑性变形阶段、延性破坏阶段以及失稳破坏阶段共4个阶段,且试验温度越高,压密变形阶段和延性破坏阶段历时越长,岩石由弹脆性破坏逐步向弹塑性破坏转化。大理岩峰值强度、弹性模量和内摩擦角随温度升高而降低。岩石的声发射活跃度和声发射定位与宏观裂纹的对应性随试验温度的升高而降低。分析大理岩损伤演化过程的声发射信号幅值、撞击、振铃计数、声发射能量、峰值频率和b值特征发现,声发射幅值波动较小、温度敏感性较差,峰值频率和b值参数可以较好地表征岩石内部的裂纹发展情况,且峰值频率的温度敏感性最佳,可优选作为岩石破裂失稳的预测指标。三轴压缩破坏过程中大理岩产生张剪复合裂纹,并以剪切裂纹占主导,高温抑制了岩体内部裂纹的萌生,试验温度越高,岩石的张拉破坏越弱、剪切破坏越强。该研究成果为揭示岩石热损伤机制及工程热害预报提供了参考。

含节理层状类岩石在单轴压缩下裂纹的定量识别研究

为研究复合岩层在单轴压缩下裂纹扩展机理和破坏模式,通过数字图像相关方法(DIC)观测单轴压缩下含预制节理的层状类岩石试件裂纹走向和应变场变化,引入协方差矩阵对节理倾角分别为0°、15°、30°、45°、60°、75°的试件应变场离散性进行量化,经过分析得到:(1)用新的方法对裂纹两侧点位的位移数据量化处理,判别裂纹类型为拉伸裂纹(Ⅰ型)、剪切裂纹(Ⅱ型)和拉剪复合裂纹(Ⅰ-Ⅱ型);(2)基于协方差矩阵得到的参数V可表征裂纹起裂和扩展过程,V增长速率与裂纹发育的充分程度有较强相关性;(3)根据V的增长速率识别裂纹类型分别为:拉伸裂纹(0.12×10^(-4)~0.49×10^(-4))、剪切裂纹(1.17×10^(-4)~4.5×10^(-4))、拉剪复合裂纹(0.72×10^(-4)~0.99×10^(-4))。

不同试验条件和含水状态下花岗岩的声发射与破裂演化特征

为进一步揭示含水岩石破裂演化机制和裂纹扩展规律,开展了不同含水状态花岗岩的单轴压缩试验、巴西劈裂试验和直剪试验,得到了岩石在变形破坏过程中的力学、声学信息,结合声发射振铃计数和特征参数(RA)与平均频率(AF)的相对关系,厘清了含水花岗岩在不同试验条件下的微观破裂特征。结果表明:水对岩石的抗压、抗拉、抗剪强度以及弹性模量均有明显的弱化作用;不同试验条件下花岗岩的声发射信号存在明显差异,单轴压缩条件下声发射振铃计数在峰值应力点附近激增且信号活动主要出现在峰值应力点后,巴西劈裂条件下声发射振铃计数的整体波动相对较小,直剪试验条件下振铃计数激增现象比单轴压缩明显提前,呈阶梯式增长;单轴压缩条件下张拉裂纹数量呈现先减少再增加的趋势,而剪切裂纹始终在减少,直剪试验条件下剪切裂纹占主导作用,巴西劈裂条件下张拉裂纹占主导作用;不同试验条件下水对花岗岩剪切裂纹和张拉裂纹的影响机制类似,水会促进岩石内部张拉裂纹的发育而抑制剪切裂纹的发育。研究结果可为进一步探究工程围岩在不同应力场下的破裂特征提供一定的参考依据。

含齿形裂隙类岩石材料单轴压缩试验研究

为研究含齿形裂隙岩石在单轴压缩下的破坏特征及强度特性,制作了含不同裂隙倾角和起伏角的齿形裂隙类岩石材料试件,并采用岩石力学伺服试验机进行单轴压缩试验。试验结果表明:(1)试件主要产生拉伸、剪切和拉剪复合裂纹,且根据裂纹的扩展路径可划分为A型(拉伸破坏)、B型(剪切破坏)、C型(复合破坏)3种破坏模式,裂隙倾角对试件最终破坏模式影响显著;(2)当裂隙倾角较小时,试件应力—应变曲线为多峰曲线,随着裂隙倾角的增大,曲线呈单峰形式,表现为延性减弱,脆性增强,而裂隙倾角相同但起伏角不同的试件应力—应变曲线大致相同;(3)当裂隙起伏角相同时,试件当量峰值强度随裂隙倾角的增大呈先减小后增大的规律,且裂隙起伏角对试件当量峰值强度的影响小于裂隙倾角。

不同加载速率下含交叉裂隙类岩石力学特性研究

对含交叉裂隙类岩石试件开展不同加载速率的单轴压缩试验,研究并分析加载速率对试件力学特性的影响机理,并借助声发射系统分析了其破坏过程。结果表明,试件的峰值应力强度与加载速率呈现正相关性,峰值应力变化幅度随着加载速率的增大表现出先增大后降低的倒“V”形变化;在达到应力峰值前会存在0.15~4.8 min的振铃计数平静期,平静期随加载速率增加逐渐减小,声发射活跃区间由60 min压缩至12 min;试件在低加载速率(δ≤0.2 mm/min)时,声发射振铃计数呈现高频高幅的特点,在高加载速率(δ>0.2 mm/min)时,声发射振铃计数则表现出低频高幅的特点;试件破坏模式为拉-剪混合型破坏,试件处于低加载速率时,以拉伸裂纹破坏为主,在高加载速率时,以剪切裂纹破坏为主。