Mechanism of stress distribution and failure around two different shapes of openings within fractured rock-like materials

The complexity of a rock masses structure can lead to high uncertainties and risk during underground engineering construction.Laboratory tests on fractured rock-like materials containing a tunnel were conducted,and twodimensional particle flow models were established.The principal stress and principal strain distributions surrounding the four-arc-shaped and inverted U-shaped tunnels were investigated,respectively.Numerical results indicated that the dip angle combination of preexisting fractures directly affects the principal stress,principal strain distribution and the failure characteristics around the tunnel.The larger the absolute value of the preexisting fracture inclination angle,the higher the crushing degree of compression splitting near the hance and the larger the V-shaped failure zone.With a decrease in the absolute value of the preexisting fracture inclination angle,the compressive stress concentration of the sidewall with preexisting fractures gradually increases.The types of cracks initiated around the four-arc-shaped tunnel and the inverted U-shape tunnel are different.When the fractures are almost vertical,they have a significant influence on the stress of the sidewall force of the four-arc-shaped tunnel.When the fractures are almost horizontal,they have a significant influence on the stress of the sidewall of the inverted U-shaped tunnel.The findings provide a theoretical support for the local strengthening design of the tunnel supporting structure.

不同裂隙相对张开度下类岩石材料断裂试验与破坏机理

在伺服控制单轴加载系统下对含有1条水平裂隙的类岩石试件进行加载试验,在对实验过程及现象深入分析的基础上,结合数值分析结果,探索单压条件下含有1条水平裂隙的类岩石材料断裂破坏机制。为描述裂隙形态,引入相对张开度β,并规定其为裂隙张开度与裂隙长度的比值。结果表明:以β=0.005为分界点,根据β的变化,裂隙体呈现出裂隙尖端屈服破坏和裂隙中部受拉破坏2种不同的破坏模式;当β较小时,水平裂隙尖端邻域应力分布状态可以根据裂纹尖端附近渐进应力解析解折减后计算;当β较大时,水平裂隙中部材料受横向拉伸时微裂纹出现,此时裂纹尖端附近渐进应力分布理论不再适用。

碳化硅晶须增强铝复合材料的断裂研究

在备有拉伸台的扫描电子显微镜上原位观察了V_f为22％的碳化硅晶须增强铝(SiC_W/Al)复合材料压铸态试样和T_6态试样的动态拉伸过程。结果发现外加应力达到180-190MPa时复合材料内部就已形成许多微裂纹,裂纹一般在晶须端部形成,其扩展亦有一定的规律。经过对复合材料简化模型的复变函数分析和计算,求出了晶须周围应力场,进一步通过塑性力学的分析,从理论上解释了本文所观察到的实验现象。

硬脆材料加工诱导崩边断裂的机理分析及控制方法研究

硬脆材料加工过程中极易产生崩边断裂现象,会严重影响硬脆材料零件的质量,甚至会导致零件报废。通常采用调整加工参数减小切削力的方法来控制,但控制效果并不十分理想,反而会降低加工效率。本文通过对诱导崩边断裂机理的深入研究,构建出了对其影响因素的三层次分析模型,并提出了相应的控制方法。通过K9玻璃零件的加工验证了分析模型的合理性及控制方法的有效性。重点分析了硬脆材料钻孔过程中发生崩边断裂的形成机理,采用增加辅助支撑的方法来优化加工过程中工件的应力分布,探讨了增加辅助支撑需要注意的一些基本原则。最后,把此基本思想扩展到硬脆性材料复杂零件的加工中,取得了较好的效果。

材料的非均匀性对裂纹尖端附近应力分布的影响

本文讨论材料的细观非均匀性对其断裂行为的影响,为此,采用了一个模量呈双周期分布的理想非均匀带裂纹平板来分析裂纹尖端附近的应力场,首先用渐近展开技术求出远场的近似应力分布,然后用有限元数值分析得到了裂纹尖端附近的应力分布和应力强度因子,所得结果表明,非均匀材料中由细观局部应力集中造成的最大应力与当地宏观平均应力及其各阶梯度有关,这意味着应力应变关系存在某种非局部性,计算结果还表明,无量纲应力强度因子随裂纹尖端与微结构的相对位置而变化,对宏观裂纹,其最大值是稳定的,表明通常的应力强度因子的概念是适用的。但对微裂纹,应力强度因子有增大的趋势。