• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
  • EI Compendex、CA收录
  • 力学类中文核心期刊
  • 中国科技核心期刊、CSCD统计源期刊
Ⅰ型裂纹中低速冲击荷载下起裂韧度测试新方法
施泽彬, 朱哲明, 汪小梦, 王雄
2018, 38(6): 1247-1254. doi: 10.11883/bzycj-2017-0132
为了探寻更加合理的构型试件来研究纯Ⅰ型裂纹在冲击荷载下的起裂及扩展行为, 提出一种新构型试件, 即双倾斜底边中心裂纹试件(double inclined bottom central cracked, DIBCC)。借助于中低速落锤式冲击实验装置进行冲击实验, 通过应力波来使试件内预制裂纹起裂并扩展, 同时利用应变片测试系统监测裂纹起裂时刻, 并采用AUTODYN有限差分软件对实验过程进行数值模拟, 最后计算裂纹的动态应力强度因子, 利用实验测得的起裂时刻, 确定试件的起裂韧度。结果表明:(1)在反射拉伸波作用下, 预制裂纹两侧会产生垂直于裂纹面向外的位移, 使预制裂纹扩张, 从而使裂纹起裂。(2)数值模拟结果与实验结果在裂纹扩展路径上具有一致性, 说明本文中提出的DIBCC构型试件有效, 可以用来测试裂纹在冲击载荷下的断裂韧度。
关键词: 纯Ⅰ型裂纹, 双倾斜底边中心裂纹(DIBCC), 应力波, 冲击荷载, AUTODYN, 起裂韧度
致密砂岩巷道模型试件动态起裂及止裂全过程分析
周磊, 朱哲明, 王蒙, 周昌林, 董玉清, 应鹏
2019, 39(9): 095101. doi: 10.11883/bzycj-2018-0073
为了开展在不同冲击载荷作用下巷道围岩内裂纹的起裂、扩展及止裂等问题,以可调速冲击试验机进行动态加载试验,采用致密青砂岩制作裂纹巷道模型试件,并利用裂纹扩展计分别记录了动态起裂、扩展、止裂等时刻,对裂纹扩展速度的变化规律进行分析;随后采用AUTODYN有限差分法软件进行相应的数值模拟,数值模拟得到的裂纹扩展路径与试验结果基本一致。经过两者对比分析可知:随着冲击载荷作用的增加,裂纹平均扩展速度逐渐增大,随后趋于稳定值;预制裂纹的起裂时间随着冲击速度载荷的增加而逐渐降低,并在稳定值上下波动;随着冲击速度载荷的增加,裂纹扩展路径过程中的止裂时段逐渐变短。
关键词: 巷道, 冲击载荷, 裂纹扩展速度, 起裂时间, 止裂时间
冲击加载下巷道内裂纹的扩展特性及破坏行为
周磊, 朱哲明, 董玉清, 应鹏
2018, 38(4): 785-794. doi: 10.11883/bzycj-2016-0383
为了开展含预制裂纹的巷道模型试样在冲击载荷下的动态断裂响应实验,选用青砂岩作为模型材料制作巷道模型试样,以可调速落锤冲击实验机作为冲击加载装置进行试样的动态断裂实验,分析冲击载荷作用下的巷道内裂纹的扩展规律。采用裂纹扩展计及应变片测试系统监测裂纹的起裂时间、扩展速度及止裂时间,并借助于AUTODYN、ABAQUS有限元数值分析软件对实验模型进行数值模拟,计算裂纹的动态起裂韧度、动态扩展韧度、动态止裂韧度等断裂参数。结果表明:巷道内裂纹在扩展路径过程中存在着明显的止裂现象;采用实验-数值方法能够较好地得出裂纹的起裂韧度、扩展韧度和止裂韧度等参数。另外,对止裂现象进行了初步的分析,讨论了试样内应力反射波与透射波对止裂问题的影响。
关键词: 巷道, 裂纹, 起裂韧度, 扩展韧度, 止裂韧度, 扩展速度
爆炸荷载作用下两平行裂纹对扩展中裂纹的影响规律
万端莹, 朱哲明, 刘瑞峰, 刘邦
2019, 39(8): 083105. doi: 10.11883/bzycj-2019-0008
用实验和数值模拟方法,研究在爆炸载荷下岩体内部一对平行裂纹对扩展主裂纹的影响规律。实验中,采用带有中心装药孔及预制裂纹的砂岩圆盘试件,利用由示波器、超动态应变仪及裂纹扩展计所组成的测试系统,监测主裂纹扩展速度和扩展距离;数值模拟中,采用了AUTODYN软件进行,模拟了主裂纹及两平行裂纹的扩展规律,对岩石材料,采用线性状态方程及最大拉应力失效准则,并在两平行裂纹间设置相应的观测点记录应力曲线。通过实验与数值模拟分析,得到:爆炸载荷下,紧随冲击波后的稀疏波经过两平行裂纹面反射后变成压缩波,并在两平行裂纹间产生垂直于主裂纹扩展方向的压应力,对裂纹的扩展有压制、止裂作用;而且,这种压应力的大小与两平行裂纹的间距有关,进而导致了不同的止裂效果,影响裂纹的扩展速度及最终扩展长度。
关键词: 爆炸应力波, 裂纹扩展, 止裂, 平行裂纹
冲击载荷下两裂纹间的连通规律
周琴, 朱哲明, 王雄, 董玉清, 周磊
2019, 39(11): 113201. doi: 10.11883/bzycj-2018-0247
脆性材料内部含有大量裂纹,当某一裂纹扩展时,其他裂纹会对扩展裂纹产生影响。为了研究冲击载荷下,脆性材料内两裂纹的相互影响、连通规律及裂纹尖端应力强度因子的变化规律,利用有机玻璃板制作了含非平行双裂纹的实验试件,利用落板冲击设备进行了中低速冲击实验,结合有限元分析软件ABAQUS计算出裂纹尖端应力强度因子,利用有限差分软件AUTODYN进行了动态数值模拟研究,并将其模拟结果与实验结果进行对比分析。实验及模拟结果表明:裂纹破坏形态与AUTODYN数值模拟破坏形态基本一致;试件的断裂形态随着两裂纹间距不同而不同;裂纹间的相互影响程度随着裂纹间间距增大而减小;裂纹尖端应力强度因子KI随着裂纹间距的增大而减小,而KII随着裂纹间距增大而增大。
关键词: 双裂纹, 应力强度因子, 有限元软件, 裂纹扩展行为
爆炸荷载下青砂岩动态起裂韧度的测试方法
肖定军, 朱哲明, 蒲传金, 陆路, 胡荣
doi: 10.11883/bzycj-2018-0516
为了研究青砂岩I型裂纹在爆炸荷载下动态断裂韧度测试方法,利用内部中心单裂纹圆盘(internal center single crack disc,ICSCD)试样进行了爆炸实验研究。试样由外径为400 mm,内部加载孔径为40 mm,预制裂纹长为60 mm的青砂岩制成,利用同步触发器实现圆盘中心起爆,并同步触发超动态应变仪,通过径向应变片获取爆炸应变曲线、裂纹尖端的环向应变片获取裂纹起裂时刻。以实测爆炸应变曲线为参量,应用Laplace变换推导出试样加载孔壁应力时程曲线表达式,并用数值反演法得出其数值解。利用ANSYS有限元软件建立数值计算模型,通过相互作用积分法得出了砂岩在爆炸荷载作用下I型动态应力强度因子曲线。研究结果表明:(1)ICSCD试件能够很好地用来测试岩石的动态起裂韧度;(2)炮孔周边的应力可以通过拉普拉斯变换的数值反演方法得到;(3)通过实验-数值法能稳定计算出ICSCD砂岩构型的动态起裂韧度,其最大误差仅为7%。
关键词: 爆炸荷载, 应变测试, 动态起裂韧度, 数值反演法