用SHPB径向冲击边裂纹平台圆环(ECFR)的动态断裂实验

为了研究岩石的Ⅰ型动态断裂韧度测试方法,用大直径(100 mm)分离式霍普金森压杆(SHPB)对边裂纹平台圆环(edge cracked flattened ring,ECFR)砂岩试样进行径向冲击实验。分别用普通应变片和高精度裂纹扩展计2种测试元件监测试样起裂时刻和测定裂纹传播速度,比较了它们的准确性和合理性。用实验-数值结合普适函数分析测定了砂岩的动态起裂韧度和动态扩展韧度,初步探讨了动态加载率影响动态起裂韧度的原因,以及裂纹扩展速度对动态扩展韧度的影响,对ECFR试样裂纹扩展路径弯折现象也进行了理论分析。研究结果表明:裂纹扩展计测定比应变片更为灵敏、准确、合理。加载率在(0.74~4.48)×104MPa·m1/2/s范围内动态起裂韧度随动态加载率的增大而增大,裂纹扩展速度在(0.24~0.34)cR范围内动态扩展韧度随裂纹扩展速度的增大而提高。

测试断裂韧度的一类边裂纹平台圆环(盘)试样:数值分析和标定结果

提出测试I型断裂韧度的一类新型试样,包括边裂纹平台圆环、边裂纹平台半圆环、边裂纹平台半圆盘,以及它们没有平台的情况,一共6种构型。采用有限元方法标定这一类边裂纹平台(半)圆环(盘)的量纲一化的应力强度因子,分析其变化规律,并给出相应的曲线拟合公式。结果显示,边裂纹(平台)圆环试样量纲一化的应力强度因子–裂纹长度曲线具有先升后降的特殊性质,这使得它们的测试临界点容易从对应的载荷–位移曲线判断和确定,可以方便地测试材料的断裂韧度。边裂纹平台半圆盘也有类似的性质,但试样宜选取较大的平台角,而边裂纹半圆盘和边裂纹(平台)半圆环却没有这种性质。此外,经过初步试验,用边裂纹平台半圆盘和边裂纹平台半圆环试样测得砂岩的断裂韧度,与用国际岩石力学学会建议试样所测结果吻合。

用边裂纹平台圆环试样测试岩石的Ⅰ型动态断裂韧度

用大直径(φ100 mm)分离式霍普金森压杆径向冲击边裂纹平台圆环试样,测试砂岩的Ⅰ型动态断裂韧度。使用裂纹扩展计(crack propagation gauge,CPG)测定试样起裂时刻和裂纹扩展速度,结果表明裂纹扩展计测定比传统电阻应变片更为灵敏,测定结果更接近裂纹破坏真实情况。用实验-数值法确定了试样的动态起裂韧度,采用实验-数值法并结合普适函数进一步求得砂岩的动态扩展韧度。研究发现在一定范围内动态起裂韧度随加载率的增加而增大,而动态扩展韧度随裂纹扩展速度的变大而略微增加。

半齿测量齿轮轮齿刚度的研究

针对半齿测量齿轮的轮齿刚度明显低于传统(整齿)测量齿轮的问题,提出了在半齿测量齿轮的轮齿悬伸端加装圆环盘,以提高其轮齿刚度的方法。研究了沿圆环外侧均布容齿槽、沿圆环内侧均布容齿槽和沿圆环均布容齿孔等3种圆环盘结构,并分析了各种圆环盘提高半齿测量齿轮轮齿刚度的机理及其加工工艺性。在此基础上,通过半齿测量齿轮轮齿的CAE形变分析,验证了通过加装圆环盘来提高半齿测量齿轮轮齿刚度的有效性。