通过裂纹开口位移(CMOD)对J积分预测的方法研究

讨论推导J积分和裂纹开口位移(CMOD)的关系,提出了一种通过测量裂纹开口位移(CMOD)估算J积分的方法.以三点弯曲试件冲击断裂试验为例,借助试验高速摄影机对断裂过程的记录影像提取的压头下压位移和裂纹开口位移,运用ABAQUS软件做有限元仿真分析对比,较好的说明了J积分与CMOD的存在正比关系.通过公式可以看出在材料和几何形状不变的情况下其正比关系中因子β是固定值,与远场载荷无关.应用因子β有助于用一个简单加载情况估测受力情况复杂的部件裂纹处的J积分.算例表明,因子β对于J积分的估算偏于保守,这一结论在工程实际应用中有着参考价值.

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。

钢纤维混凝土隧道衬砌的受力特征试验研究

隧道衬砌发生的局部破坏主要由轴向压力和弯矩控制,因此其承载能力极限状态设计重点在于结构在偏心受压作用下的验算。为了研究钢纤维混凝土(SFRC)应用于隧道衬砌时的受力特征,确定承载能力极限状态时的衬砌断面应力分布,参考国内外相关试验标准和分析方法,对32个钢纤维混凝土压弯梁进行了韧性试验,并得到了32个试件的荷载-张口位移(CMOD)曲线。通过分析试验结果,确定了特定水泥基体、钢纤维类型和掺量等情况下钢纤维混凝土应力-应变本构关系简化模型中受拉区强度指标,并提出了在考虑轴力及附加偏心时,与梁高有关的尺寸效应经验公式。

采用荷载-裂缝张开口位移曲线确定混凝土三点弯曲梁的断裂能

在采用荷载-裂缝口张开位移曲线确定断裂能思路的启发下,假设带缺口梁旋转点为等效虚拟裂缝的尖端点,根据旋转角和断裂功的概念,推导出了由三点弯曲梁试验测定的荷载-裂缝口张开位移曲线计算断裂能的计算公式,进行了不同高度的三点弯曲梁断裂试验,使用新公式计算了断裂能。结果表明,在试验范围内由荷载-裂缝口张开位移曲线计算的断裂能接近于采用RlLEM方法确定的断裂能,且变化较为稳定,可认为不存在尺寸效应。

三点弯曲下钢纤维高强混凝土张开位移

通过钢纤维高强混凝土切口梁三点弯曲试验,探讨了相对切口深度、粗骨料最大粒径、水灰比和钢纤维体积率等因素对钢纤维高强混凝土临界裂缝张开位移(裂缝嘴张开位移和裂缝尖端张开位移)的影响。结果表明,可采用诸因素对嘴尖比(裂缝嘴张开位移与裂缝尖端张开位移的比值)的影响来反映其对临界裂缝张开位移的影响;影响因素不同,嘴尖比随之变化的趋势也不同。根据临界裂缝扩展长度与张开位移之间的几何关系,提出了临界裂缝扩展长度的计算方法;在分析试验结果的基础上,建立了钢纤维高强混凝土临界裂缝尖端张开位移的计算公式。

聚丙烯纤维高强混凝土的断裂性能

通过楔劈拉伸试验,探讨了聚丙烯纤维掺量对聚丙烯纤维高强混凝土断裂韧度(KpIC)、断裂能(GpF)和临界裂缝嘴张开位移(δpmc)的影响。结果表明:在聚丙烯纤维掺量为0.6～1.5kg/m3时,聚丙烯纤维对KpIC基本没有影响,但可以提高GpF和δpmc;随着聚丙烯纤维掺量的增加,KpIC和断裂韧度增益比没有显著变化,GpF和断裂能增益比均有不同程度的提高,δpmc有减小的趋势,临界裂缝嘴张开位移增益比没有明显的变化规律性。聚丙烯纤维主要改善高强混凝土的裂后行为。在试验的基础上,建立了KpIC,GpF,δpmc的计算关系式。

混杂纤维高强混凝土断裂性能

本文通过30个尺寸为200mm×170mm×100mm的混杂纤维高强混凝土试件的楔劈拉伸试验,探讨钢纤维与聚丙烯纤维混杂效应及其对高强混凝土断裂韧度、断裂能和临界裂缝张开位移的影响。试验结果表明:加入纤维改善了高强混凝土的断裂性能。随着钢纤维体积分数(fρ)的增加,断裂参数增益比呈线性增加。聚丙烯纤维在小开裂位移条件下,对高强混凝土的开裂有约束作用,该效应随着位移的增加逐渐消失,钢纤维在混杂纤维高强混凝土断裂性能的改善方面起着主导作用。fρ=1.5%、聚丙烯纤维掺量Vf=0.6kg/m3为本次试验配合比条件下的最佳纤维掺量组合。本文在试验的基础上,建立了混杂纤维高强混凝土断裂韧度、断裂能和临界裂缝嘴张开位移的计算公式。

聚丙烯纤维水泥稳定碎石的断裂能试验研究

为了研究聚丙烯纤维对水泥稳定碎石断裂韧性的影响，通过聚丙烯纤维水泥稳定碎石和普通水泥稳定碎石的三点弯曲试件断裂试验，测得了试件的断裂能、裂缝嘴张开位移和裂缝尖端张开位移，给出了聚丙烯纤维体积掺量的合理范围——0．6‰～0．8‰。试验结果表明：聚丙烯纤维可以明显提高水泥稳定碎石的断裂能、极限裂缝嘴张开位移和极限裂缝尖端张开位移；随着试验龄期的增长，无论聚丙烯纤维掺入与否，水泥稳定碎石的断裂能均呈增大趋势；随着纤维体积掺量的增加，水泥稳定碎石的断裂能、极限裂缝嘴张开位移和极限裂缝尖端张开位移逐渐增大；随水泥掺量的增加，聚丙烯纤维水泥稳定碎石试件的极限荷载逐渐增加，但断裂能却逐渐减小．

钢纤维混凝土K_(ⅠC)计算公式初探

通过对钢纤维混凝土一组典型试验数据的分析,发现按ASTM建议的公式计算钢纤维混凝土的KⅠC,所得结果不能真正反映钢纤维混凝土的断裂特性.为此,从理论上分析了考虑缝端前缘断裂过程区的必要性,并应用双K断裂准则导出了钢纤维混凝土KⅠC的计算公式.

改进的纤维增强混凝土材料小尺寸圆板试验方法

在美国材料试验协会标准ASTM C1550圆板试验方法基础上,提出一种改进的纤维增强混凝土(FRC)和纤维喷射混凝土(FRS)材料圆板试验方法。该试验方法采用易于现场试验的小尺寸板,并运用加载过程中板的径向滑移和转动角度量测技术,获得更多板在大变形下有关裂缝开展的信息,从而有效地评定纤维混凝土材料的抗裂性、延性及弯曲韧性等材料性能。同时运用有限元方法,计算分析试验圆板的应力、应变分布,裂缝开展特点及破坏形态,对比试验研究结果,为建立纤维混凝土静定圆板的理论分析方法提供计算依据。

高温后混凝土的裂缝张开位移

进行了高温后混凝土楔入劈拉法断裂试验,研究裂缝扩展全过程中裂缝口张开位移与裂缝尖端张开位移之间的关系.根据裂缝口张开位移-裂缝尖端张开位移曲线判断起裂荷载,并与采用荷载-裂缝口张开位移判断的起裂荷载进行比较,两者能较好吻合.采用两参数和铰链模型由实测裂缝口张开位移值计算裂缝尖端张开位移,并与试验尖端张开位移值进行比较,发现两参数模型更为准确.确定高温后混凝土楔入劈拉试件裂缝尖端张开位移与裂缝扩展长度的关系,两者呈指数关系.

基于小波多尺度分解法提取混凝土坝裂缝开合度混沌分量

针对混凝土坝裂缝开合度序列的混沌特性,利用混凝土坝裂缝安全监控统计模型提取其中的确定性成分,采用小波多尺度分解法将裂缝开合度混沌及噪声所组成的混合信号分解到不同的频域上,对各频域信号进行相空间重构以提取关联维数,根据关联维数的收敛特性实现混凝土坝裂缝开合度混沌分量与噪声的分离,利用混沌动力系统方程已知的Lorenze信号检验了分离方法的有效性及除噪效果,并将该方法应用于某混凝土重力拱坝裂缝开合度混沌分量提取中,验证了本文方法的有效性和合理性。

铝合金焊缝表面裂纹高温断裂韧性测试

介绍一种表面裂纹高温断裂韧性Ｋ１ｅ的测试方法，该技术对试样自动加温控温，自动绘制力ｐ与裂纹咀张开位移Ｖ（ｐ—Ｖ）曲线。测试精度高。

关于加气混凝土断裂过程区的研究

在对加气混凝土三点弯曲加载梁试件不同初始裂纹相对长度情况下,载荷-裂纹口张开位移-初始裂纹尖端张开位移-初始裂纹尖端韧带沿直线方向若干测点张开位移全曲线进行了系统研究。结果表明:在全曲线下降段沿初始裂纹及其韧带直线方向张开位移呈线性分布;平均裂纹张开角与裂纹口张开位移呈线性关系,且该关系不决定于初始裂纹相对长度;在载荷水平一定时,初始裂纹相对长度较小时,平均裂纹张开角较小,断裂过程区长度较大。

基于裂缝宽度量测技术的FRC材料小尺寸圆板试验方法

在美国材料试验协会标准ASTM C1550圆板试验方法基础上,提出一种改进的基于裂缝宽度量测技术的纤维混凝土(FRC)材料静定圆板试验方法。该试验方法采用易于现场制作和试验的小尺寸圆板,并运用加载过程中板的径向滑移和转动角度量测技术,通过合理假定和数学推导得到板底中心裂缝宽度值,获得更多板在裂后阶段大变形下有关裂缝开展的实测数据,从而有效地评定纤维混凝土材料的弯曲韧性、延性等材料性能。同时应用有限元方法,分析试验圆板的裂缝开展特点及破坏形态,对比试验研究结果,验证该试验方法为获得裂缝宽度值所做的合理假定,为建立FRC静定圆板的理论计算方法提供依据。

长期恒荷载作用下混凝土时变断裂试验研究

服役中的大体积混凝土结构处在长期荷载作用下,与服役时间相关的时变断裂问题直接关系到结构的安全。采用标准三点弯曲梁试件,分别施加约0.7Pmax、0.75Pmax、0.8Pmax、0.85Pmax、0.95Pmax的恒定荷载进行长期加载,试验测得在不同恒荷载水平下的时变裂缝口张开位移CMOD(t)。试验结果表明,CMOD(t)在持载阶段不断增大,CMOD(t)-t曲线呈现出三个阶段特征:第一阶段,CMOD(t)快速增大而裂缝口张开速率CMOR(t)逐渐减小;第二阶段,CMOD(t)增大而CMOR(t)几乎不变;第三阶段,CMOD(t)和CMOR(t)都快速增大直至试件断裂破坏。与不考虑时间相关性的单调加载静态断裂试验相比,时变断裂试验的临界裂缝口张开位移CMOD(tc)偏大;随着恒荷载水平的增大,时变断裂临界裂缝口张开位移CMOD(tc)减小且接近单调加载静态断裂的临界裂缝口张开位移。对于不同恒荷载水平的试件,其时变断裂寿命tcr随着长期恒荷载水平的增大而减小,且时变断裂寿命与荷载比P/Pmax成指数关系。

长期恒荷载作用下混凝土断裂过程的时变特性

大体积混凝土结构的时变断裂行为关系到结构的安全。为研究在长期恒荷载作用下混凝土的时变断裂特性,采用三种尺寸的楔入式紧凑拉伸试件,进行了荷载水平为85%最大荷载的恒定荷载作用下的时变断裂试验。试验结果表明,时变裂缝口张开位移、时变裂缝尖端张开位移与时变裂缝口张开速率均呈现出减速、稳定发展和加速破坏三个阶段的发展特征。与单调加载静态断裂试验相比,在试件尺寸相同时,时变断裂试验的临界裂缝口张开位移更大。时变裂缝口张开位移与时变裂缝尖端张开位移具有较强的线性相关性。裂缝张开位移与裂缝扩展长度间的几何关系较好符合铰链模型。

自重对混凝土三点弯曲梁断裂性能的影响

自重对三点弯曲梁试件的断裂性能有重要影响,而以往基于三点弯曲梁研究混凝土的断裂性能时,很少考虑自重引起的试件初始裂缝张口位移(CMODini)的影响。为了研究CMODini对三点弯曲梁断裂性能的影响规律,给出了CMODini及考虑CMODini影响的有效裂缝长度(ac)和失稳断裂韧度(KIC^un)的计算公式,并用不同试件尺寸及不同初始缝高比的三点弯曲梁试验数据进行了对比分析。结果表明:当试件初始缝高比为0.4时,CMODini受试件尺寸影响较小,即使试件尺寸达到2200mm.550mm.240mm时,自重对其CMODini、ac及KIC^un的影响均小于5%。CMODini受初始缝高比的影响较大,且随着初始缝高比的增大而增大,对于尺寸为1143mm.305mm.76mm,初始缝高比为0.818的三点弯曲梁试件,自重对其CMODini、ac及KIC^un的影响分别为24.26%、1.73%和17.31%。可见,当三点弯曲梁试件尺寸及初始缝高比均较大时应该考虑自重引起的CMODini的影响。

基于数字图像相关法的两类岩石断裂特征研究

岩石破坏时的临界断裂特征,如过程区长度,裂缝口张开位移是运用断裂力学解决岩石断裂问题的关键所在。传统测量方法,如应变片、直线位移传感器无法获得岩石破坏时的全场变形,因此,也无法准确地获得上述断裂特征。数字图像相关法是一种光学的变形测量方法,其通过试样表面的数字图像采集及相关计算,能够获得岩石破裂过程各个阶段的高精度全场变形特征。利用该试验手段,对两类岩石,即相对较硬的大理岩和相对较软的黄砂岩开展了一系列半圆盘三点弯曲断裂试验并获得了岩石断裂时的临界变形场,对变形场进行分析,从而确定了两类岩石破坏时临界特征、过程区长度及裂缝口张开位移。结果表明,大理岩的断裂过程区长度明显小于黄砂岩的断裂过程区长度,峰值时黄砂岩COD的值均大于相同裂纹长度的大理岩,而较软岩的力学行为更容易受边界效应的影响。上述研究有助于进一步了解不同类型岩石的断裂发展过程并采用相应的方法来解决岩石破裂问题。

基于数字图像相关方法测试Cr12MoV钢的断裂韧性

将数字图像相关方法用于测量含Ⅰ型裂纹Cr12MoV钢的断裂韧性。搭建了数字图像相关方法非接触光学测试系统,通过进行三点弯曲试验,得到了Cr12MoV钢试件裂纹尖端的位移场。从位移场提取了裂纹嘴张开位移,并通过P-V曲线得到Ⅰ型裂纹Cr12MoV钢的断裂韧性。将实验结果与传统COD引伸计测试结果进行对比,误差不超过10%,证明该方法是准确的。