空孔与运动裂纹相互作用的动焦散线实验研究
杨仁树, 肖成龙, 丁晨曦, 陈程, 赵勇, 郑昌达
2020, 40(5): 052202. doi: 10.11883/bzycj-2019-0091
为研究预制裂纹不同偏移距离时运动裂纹与空孔的相互作用规律,采用动态焦散线实验系统,将预制裂纹的偏移距离设定为唯一变量,对含空孔的有机玻璃(PMMA)试件进行冲击三点弯实验。研究表明,存在两个临界距离:(6 mm (2 R )、9 mm (3 R )),在该偏移距离下,裂纹扩展轨迹、动态断裂特性发生显著改变:(1) 预制裂纹偏移距离不大于3 mm时,裂纹贯穿空孔,发生二次起裂,且二次起裂的速度与应力强度因子显著大于一次起裂,无偏移时裂纹轨迹的分形维数为最小值;(2) 偏移距离增大至6 mm时,裂纹不再贯穿空孔,空孔对裂纹先吸引后排斥,裂纹速度与应力强度因子先减小后增大,裂纹轨迹的分形维数达到最大值;(3) 偏移距离大于6 mm时,空孔对裂纹的吸引作用逐渐减小,大于9 mm后,空孔对裂纹的吸引不再显著,裂纹起裂后即向落锤加载方向扩展直至贯穿试件。
关键词: 动态焦散线, 冲击荷载, 空孔, 裂纹扩展, 分形维数
爆炸应力波作用下动、静裂纹相互作用的实验研究
杨仁树, 左进京, 杨立云, 李炜煜, 余贤涛
2017, 37(6): 952-958. doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-0952-07
采用数字激光动态焦散线测试系统,研究爆炸应力波作用下动裂纹与预制静裂纹(水平夹角为90°、150°)相互作用机理,以及裂纹扩展的动态行为。结果表明:(1)在动、静裂纹贯通之前,静裂纹两端便出现焦散斑,动、静裂纹贯通以后,静裂纹沿爆炸应力波传播方向扩展,并且扩展速度小于动裂纹扩展速度,也小于无静裂纹时动裂纹扩展速度; (2)静裂纹存在时,动裂纹扩展的总体长度减小。动裂纹起裂时间缩短,扩展速度基本不受静裂纹的影响,裂纹应力强度因子值大于静裂纹两端值; (3)随着静裂纹水平夹角的增大,动、静裂纹贯通时动裂纹沿水平方向偏转距离增大,静裂纹B端反向扩展与动裂纹相互“咬合”,C端裂纹扩展位移和速度增大。
关键词: 爆炸应力波, 动态焦散线, 动裂纹, 扩展机制
缺陷介质切槽爆破断裂行为的动焦散线实验
杨仁树, 许鹏, 杨立云, 陈程
2016, 36(2): 145-152. doi: 10.11883/1001-1455(2016)02-0145-08
利用数字激光动态焦散线实验系统,对含缺陷介质在切槽爆破和普通炮孔爆破中爆生裂纹的断裂行为进行对比研究。结果表明,切槽爆破中沿切槽方向起裂的主裂纹比非切槽方向早10 μs,有利于能量优先沿切槽方向释放;切槽方向主裂纹的起裂韧度为0.58 MN/m3/2,其裂纹扩展的平均速度为277 m/s,分别是普通爆破时主裂纹相应值的54%和86%;当切槽方向主裂纹与缺陷介质贯通后,为爆生气体提供了足够的膨胀空间,诱导爆生气体向预制裂纹两端释放,翼裂纹起裂以Ⅰ型拉伸破坏为主,并在裂纹扩展的60~250 μs内,Ⅰ型动态应力强度因子保持在0.6~0.8 MN/m3/2,形成了明显的平台,延缓了翼裂纹扩展速度的衰减,最终较普通炮孔翼裂纹扩展时间和扩展长度分别增加了22.7%和17.8%。
关键词: 爆炸力学, 动态断裂行为, 动焦散线实验, 缺陷介质, 切槽爆破, 裂纹扩展
动静荷载对邻近巷道裂纹缺陷扰动的模拟实验
郭东明, 刘康, 杨仁树, 嵇长民, 张雪城
2016, 36(3): 297-304. doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0297-08
为了探究动静组合应力场作用下邻近巷道背爆侧裂纹缺陷的扩展规律,采用动静加载透射式动态焦散线方法进行了模拟实验,并结合裂纹尖端的动态应力强度因子和能量释放率进行了分析。实验结果表明:在动静荷载作用下,邻近巷道背爆侧裂纹缺陷处也成为巷道主要扰动区,且爆炸荷载对背爆侧预制裂纹的起裂起主导作用;p=0.2 MPa时的相同动静组合应力场中,背爆侧预制裂纹的扩展位移差异与裂纹的倾角有关,当θ=75°时,爆炸应力波无法驱动裂纹起裂;在相同爆炸荷载作用下,θ=30°时,较小竖向荷载对裂纹的扩展具有抑制作用,且抑制作用随所施加的竖向荷载增加而增大,当p=0.4 MPa时,裂纹无法起裂;裂纹最终扩展位移,与裂纹尖端动态应力强度因子在极大值上下振荡变化的持续时间,或在裂纹扩展阶段能量释放率积累量,呈正相关。
关键词: 固体力学, 裂纹缺陷, 动静荷载, 邻近巷道, 动态应力强度因子, 能量释放率
炸药类型对富铁矿爆破效果影响的试验研究
杨仁树, 李炜煜, 杨国梁, 马鑫民
2020, 40(6): 065201. doi: 10.11883/bzycj-2019-0396
为探究炸药类型对铁矿石爆破效果的影响,选用相同药量的3种炸药对铁矿石试样进行爆破试验。对比研究了不同炸药爆炸作用后试样表面裂纹分形维数和碎块块度分布特征,进而对试样的破坏程度和爆破效果进行了定量的对比与评价。同时,从爆炸应力波叠加、能量释放与传递角度,对爆破效果的差异进行了理论分析。研究结果表明:(1)松散装药以及混合装药均会导致爆源相同距离处爆炸应力场分布的均匀性变差;(2)炸药爆热越大、炸药铁矿石波阻抗匹配程度越高,炸药爆炸后释放的能量越大且能量传递效率越高,铁矿石破坏程度越大;(3)爆破工程中炸药选型时,应重点考虑炸药密度、爆热和爆速3个参数,选择与矿(岩)体波阻抗匹配程度高且爆热合适的炸药,使得爆破后产生的大块和小块均较少。
关键词: 铁矿石, 可爆性, 爆破块度, 分形维数, 波阻抗, 爆热, 爆速
爆炸应力波与裂纹作用实验研究
杨仁树, 许鹏, 陈程
2019, 39(8): 081102. doi: 10.11883/bzycj-2018-0480
为研究爆炸应力波与裂纹相互作用机理,利用透射式爆炸动态焦散线光学实验系统研究了预制水平静态裂纹和切缝药包炮孔爆破产生的水平运动裂纹受正入射爆炸动载作用后动态特性的变化规律。结果表明:正入射爆炸应力波与静止裂纹作用时,爆炸应力波P波使得裂纹先闭合后张开,S波在裂纹壁面形成波浪状散斑上下交替向外扩展;运动裂纹尖端应力场对静止裂纹的起裂和扩展有重要影响。后爆孔爆炸应力波对先爆孔产生的水平定向运动裂纹尖端动力学特性影响显著。当爆炸应力波与运动裂纹同向时,P波使得裂纹扩展速度和应力强度因子${\rm{K}}_{\rm{I}}^{\rm{d}}$先减小后增大,S波促进了裂纹的扩展,波与裂纹作用之后,裂纹扩展速度增大;当爆炸应力波与运动裂纹反向时,P波抑制了运动裂纹的扩展,波与裂纹作用之后,裂纹扩展速度和应力强度因子${\rm{K}}_{\rm{I}}^{\rm{d}}$均逐渐降低。
关键词: 正入射爆炸应力波, 静止裂纹, 爆生运动裂纹, 波与裂纹作用
基于改进MP-WVD算法的核电厂建设爆破振动信号处理方法
梅比, 汪旭光, 杨仁树
2019, 39(4): 045201. doi: 10.11883/bzycj-2018-0055
针对爆破施工产生的振动问题,结合现有信号分析方法优缺点,引入MP-WVD组合算法解决信号分析过程中交叉项干扰问题,可提高时频分辨率,满足精确提取核电爆破振动响应信号时频分布特征的需求;将HHT算法引入MP算法数据的预处理,成功降低了MP算法运算复杂度,可为大数据量分析奠定基础。运用该算法对漳州核电一期工程场地平整土石方爆破工程振动监测信号进行分析,精确提取了爆破振动信号的时频特征。
关键词: MP算法, WVD分布, 时频分析, 核电建设, 爆破施工