大理岩非分叉断裂的随机分形模型

本文建立了大理岩沿晶、穿晶及沿晶穿晶偶合断裂的随机分形模型，该模型能与大理岩的整体晶态结构自洽，且模型的分维值与测量值有很好的吻合。     

岩石类材料裂纹分叉非规则性几何的分形效应

本文考察了岩石裂纹(从晶粒尺寸的微裂纹到几千米的断层构造)的分叉在几何上存在的非规则性,在文献[10,11]的基础上,应用分形(fractal)几何建立了裂纹分叉的分形模型,分析了裂纹分叉的分形效应,从几何的角度研究了裂纹分叉使断裂韧性提高的物理力学现象,导出了一个比smith公式更合理的断裂韧性计算式。     

基于巴西劈裂试验的岩石声发射特性及断口特征分析

为综合研究岩石在拉伸状态下的破裂机理,对花岗岩、灰岩、砂岩、大理岩4种岩石进行巴西劈裂试验,采用PCI-2声发射仪采集试样破裂全过程的声发射信号,利用扫描电镜研究试样断口的微观结构,并探讨了岩石破裂声发射信号与断口微观特征之间的关系。试验结果表明:岩石破裂声发射信号的特征与断口微观特征可联合表征岩石在劈裂荷载下的破坏机理。在劈裂荷载下,岩石破裂产生的声发射信号的累计振铃计数呈稳定增长期、突增期、平静期3个阶段,且峰值频率呈带状分布,分别集中于0~50kHz,100~150kHz及300kHz上下3个频率段;岩石断口微观特征为典型的脆性拉伸断口样貌,且断口花样的复杂程度与振铃计数率呈正相关,断口破裂尺度与峰值频率呈负相关。     

千枚岩岩石微观破裂机理与断裂特征研究

岩石的宏观断裂与其内部微结构和微缺陷紧密相关,建立岩石微观破裂机理和宏观断裂之间更直观的联系是当今断裂力学的难题之一。本文以金沙江上游泥盆系中统中段的绢云母千枚岩与硅质板状千枚岩为研究对象,利用扫描电镜与力学试验等多种测试手段,通过对2种千枚岩岩石断口的微观形貌特征的研究,揭示了千枚岩岩石微观破裂形式、破裂机理与其矿物组成之间的联系。指出绢云母千枚岩岩石以沿晶面擦花的微观破裂形式为主,是典型的微观脆性剪断,而硅质板状千枚岩岩石既有沿晶断裂的拉断破裂,又存在切晶擦花的剪切微破裂形式,是属于拉、剪破裂并存的微观破裂机制。进一步结合岩石断裂的力学特征,分析千枚岩微观破裂与宏观断裂之间的联系。结果显示:千枚岩岩石在外力作用下的断裂形式与其微观破裂形式是可对应的。这一结论为建立起岩石微观破坏机制和宏观断裂特征的桥梁提供了依据,具有一定的理论意义。     

边缘冲击（EOI）作用下透明陶瓷破坏特性研究

相较于传统透明材料,相同面密度下透明陶瓷具有更优异的抗冲击性能,使其成为极具应用前景的透明装甲防护材料。研究透明陶瓷在冲击下的破坏响应及损伤演化规律,对透明陶瓷装甲的结构设计及防护能力的提高起到至关重要的作用。为了比较传统透明材料与典型透明陶瓷材料在冲击过程中的破坏特性差异,利用9 mm弹道枪发射平台进行了浮法玻璃、YAG透明陶瓷及镁铝尖晶石透明陶瓷3种透明材料的边缘冲击试验,破片发射速度为200~300 m/s。通过高速摄影捕捉破片的撞击过程,分析了粉碎区及主裂纹扩展距离随时间的变化规律。结果表明,3种材料在不同速度破片的冲击作用下,粉碎区面积与材料强度呈负相关性。对同种材料,在200~300 m/s速度范围内,破片撞击速度对主裂纹的扩展速度没有影响。同时比较了玻璃与透明陶瓷在宏观尺度上的损伤演化特征差异:玻璃在粉碎区两侧产生三角形的次裂纹区域,陶瓷材料则会产生细长的次裂纹簇,并会产生较明显的裂纹“分叉”现象。利用扫描电子显微镜对回收到的陶瓷碎片进行观测,并分析了2种透明陶瓷材料在细观尺度破坏特征的异同。2种透明陶瓷的径向裂纹断面上会出现从沿晶断裂到穿晶断裂的过渡变化,而环向断裂面上几乎都是沿晶和穿晶混合断裂。2种透明陶瓷中,仅YAG透明陶瓷在沿晶断裂时会出现晶体“剥落”现象。     

高强铝合金的动态拉伸断裂行为实验研究

在分离式霍普金森拉杆、三点弯曲和平板撞击加载下对棒材铝合金（2024-T4、7075-T6）进行动态拉伸断裂实验研究。实验结果表明：1）一维应力动态加载下 7075-T6铝合金的初始屈服应力与断裂应变明显高于2024-T4铝合金,但三点弯曲和平板撞击层裂实验中发现2024-T4铝合金相比于7075-T6铝合金具有更好的抗裂纹扩展与层裂失效能力,这表明应力状态对两种铝合金拉伸断裂行为有明显的影响; 2）断口的光学与扫描电镜分析发现：2024-T4铝合金主要表现出脆性断裂行为,起因于孔洞或裂纹主要成核于晶内强化相形成穿晶断裂;而7075-T6铝合金则展现出韧性和脆性混合断裂特征,原因是部分孔洞或裂纹在晶界成核增长发生沿晶断裂,部分在晶内强化相周围形成孔洞从而造成穿晶断裂。, 在分离式霍普金森拉杆、三点弯曲和平板撞击加载下对棒材铝合金（2024-T4、7075-T6）进行动态拉伸断裂实验研究。实验结果表明：1）一维应力动态加载下 7075-T6铝合金的初始屈服应力与断裂应变明显高于2024-T4铝合金,但三点弯曲和平板撞击层裂实验中发现2024-T4铝合金相比于7075-T6铝合金具有更好的抗裂纹扩展与层裂失效能力,这表明应力状态对两种铝合金拉伸断裂行为有明显的影响; 2）断口的光学与扫描电镜分析发现：2024-T4铝合金主要表现出脆性断裂行为,起因于孔洞或裂纹主要成核于晶内强化相形成穿晶断裂;而7075-T6铝合金则展现出韧性和脆性混合断裂特征,原因是部分孔洞或裂纹在晶界成核增长发生沿晶断裂,部分在晶内强化相周围形成孔洞从而造成穿晶断裂。     

岩爆岩石断裂的微观结构形貌分析及岩爆机理

利用扫描电镜(SEM)对岩爆岩石断口微观形貌特征进行研究分析,从微观角度探索岩爆产生的机理。通过对平顶山十二矿岩爆现场取样对其断口形貌特征与地应力和岩石成分之间关系进行研究。巷道围岩劈裂岩块断口形貌多呈台阶状,劈裂面与地应力最大主应力方向平行,岩石断口属拉张断裂,劈裂纹的产生主要是脆性断裂;岩爆抛射出的岩块断口形貌非常复杂,裂面与切应力(最大主应力)方向平行或相交,不同平面内的微裂纹通过与岩爆裂纹间的微裂纹或受撕裂作用形成台阶,表面不平整,属于拉张或剪切型断裂。岩石细观成分对岩爆的影响也较大,结晶程度高、结构致密的硬脆岩石更易发生岩爆。     

SHPB冲击作用下层状千枚岩多尺度破坏机理研究

通过分离式霍普金森杆对层状千枚岩施加动态载荷，得到不同层理倾角下层状千枚岩的动态抗压强度与宏观破坏模式。采用三维激光仪获得断裂面细观形貌，引入分形几何定量计算断口面粗糙度；结合SEM观察到的微观尺度下不同层理倾角断口破坏机理，分析了不同层理倾角下层状岩石的动态破坏机制。研究结果表明:动态压缩下层理弱面对岩石的抗压强度影响较大；不同层理倾角千枚岩的断口形貌分形维数随层理倾角增大呈U型变化；从强度与裂纹扩展两方面考虑层理弱面对层状岩石破坏特征的影响，对于层理倾角为0°的试样，强度由岩石基质控制，但层理弱面仍对岩石破坏的裂纹分布与走向产生较大影响；对于层理倾角为22.5°的试样，强度与裂纹走向受岩石基质与层理弱面共同控制；对于层理倾角为45°～67.5°的试样，强度与裂纹走向受层理弱面控制；而对于层理倾角为90°的试样，动态抗压强度受岩石基质的影响较大，在层理弱面较早形成纵向宏观裂纹，导致该层理弱面角度下裂纹受层理弱面的影响较大。     

砂岩蠕变破裂多尺度演化试验研究

岩石随着外载荷的增大发生变形和破坏,当外载荷保持不变时,变形并未停止,仍会持续增加,发生蠕变变形,其根本原因是岩石的非均匀性。岩石蠕变破裂是由岩石内部原始非均匀性引起的微观尺度破裂、细观尺度裂纹扩展和贯通、宏观尺度变形增大和破坏的过程,因此需要对岩石蠕变破裂的多尺度演化机理进行研究。本研究以砂岩为研究对象,从蠕变破裂宏观演化试验和破裂断口微细观扫描试验出发,分析砂岩试样不同尺度变形破裂机理。通过砂岩蠕变破裂宏观演化试验可以看出,在初始蠕变和等速蠕变阶段,岩石表面无裂纹,主要为微、细观裂纹的萌生和扩展。当宏观破裂面形成后进入加速蠕变阶段,在加速蠕变阶段,沿破裂面产生摩擦滑动,最终发生破坏。通过对典型破裂断口的微、细观结构特征分析及不同分析点位的组成成分和元素特征分析可以得出,岩石微观孔隙、裂隙等缺陷发育的结构非均匀性和组成成分的非均匀性是造成砂岩微观破裂和细观裂纹扩展的主要原因。多尺度分析的结果直观的反映了岩石内部裂纹扩展空间位置和扩展方向。这对深入研究岩石蠕变破裂演化机理是十分有意义的。     

轻质合金压印接头质量判断及其力学性能研究

在结构轻量化的进程中,新型薄板材料被大量使用,新兴的压印连接技术可以实现这些材料的连接．以钛合金为主要材料进行压印连接实验,结果显示材料的母材性能对连接性能、接头强度、失效形式均有一定的影响．压印接头的拉伸-剪切失效形式为颈部断裂时,拉伸-剪切实验过程中载荷位移曲线有两次明显的下降过程,分别是由于圆形压印点的上半部分颈部被拉断,圆压印点的下半部分颈部被拉断造成的．微观分析显示TA1-TA1压印接头断口呈现类解理穿晶断裂,5052-TA1压印接头断口出现拉长韧窝特征,属于塑性断裂,1420-TA1接头断口呈现大面积平面及少量冰糖状花样,属于沿晶脆性断裂．     

Fractal geometry derived from geometric inversion

In this paper,the conception of fractal geometry derived from geometric inversion isintroduced.A ramified self-inverse fractal with symmetry and a self-inverse fractal dust setare constructed.The authors extend the conception of the fractal osculation and propose anew notion—fractal envelope.Finally,two examples of self-inverse fractal(soap and egg)are given.     

断面分形研究中的几个问题

本文讨论了分形几何应用于断裂研究的几个基本问题．主要内容包括断面的分形特征及分维测量,分维与宏观力学性能（如断裂韧性等）的关系,分形断裂模型及分形断裂的物理机理．      

锡基巴氏合金磨损表面的分形与磨损率

利用结构函数分析法研究了滑动摩擦学系统中金属磨损表面轮廓线的分形特性。结果表明：磨损表面轮廓线在小于Ｓｍ的尺度上具有分形结构。采用结构函数法可以方便地确定粗糙表面轮廓线的分形参数，即垂直于滑动方向上磨损表面轮廓线的分维Ｄ可作为磨损表面分维的特征值，它与金属磨损率的变化有着密切的关系，最佳分维Ｄｏｐｔ值对应于材料的最低磨损率。     

The theory of fractal interpolated surface and its applications

I.IntroductionFI.actillilltcrpolationwastlrstpEltforwardbyunA]ncrica1llathematician,M.F.Barllsley.in1986.ItgivesanewInethodologytardataf'ittillg,whichnotonlyopedsupanewresearch11eldfol'tilnctiollappl'oachingtheory,butalsoprovidespowerfultoolsforcolnptltcrgraphicsThistool'sapplicabilityisnowfilllyappreciated.Theuseoflinearfunctions,polynomialfunctionsandSurtllcespringfunctionstoestablishvariousmeterialobjectmodelsinreallifefi-omtraditionalEuclideangeometryisnowcommonpractice.Theavailabilit…     

分数维空间中的损伤力学研究初探

结合损伤力学和分形几何理论，给出分数维空间中分形损伤变量定义ω（ｄ，ζ）及其解析表达式．指出欧氏空间损伤变量ω０实际是分数维空间分形损伤变量ω（ｄ，ζ）当维数取Ｅｕｃｌｉｄｅａｎ维数时的一种特例，将欧氏空间损伤变量定义推广到分数维空间，建立起一种兼顾反映损伤细观结构效应和宏观损伤力学分析需要的损伤定义与描述方法．在此基础上，推导了材料损伤演化律和损伤本构关系的分形表达形式．作为例证，文中分析了单调压缩载荷下混凝土损伤及演化行为．实验对比分析表明：分形损伤模型较好地反映了混凝土实际损伤力学行为．     

分形力学的数学基础

在分形空间考虑的力学称为分形力学。由于分形理论的特点,分形力学的描述需要引入新的空间概念、新的数学手段和方法。本文从介绍空间、测度和维数入手,引入了分形空间,Ｂｅｓｏｖ空间和分形插值方法,进而介绍了在分形边界和分形体中力学量和力学定律的定义。      

On star product fractal surfaces and their dimensions

Ｇｅｎｅｒａｌｌｙｓｐｅａｋｉｎｇ,ｆｒａｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｒｏｕｇｈ,ｉｒｒｅｇｕｌａｒａｎｄｒａｎｄｏｍ．Ｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅａｎｄｗｅａｋｎｅｓｓｉｎｒｏｃｋ,ｃｏｎｃｒｅｔｅ,ｃｅｒａｍｉｃｓａｎｄｍｅｔａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙａｆｆｅｃｔｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ,ｓｔｒｅｎｇｔｈ,ａｎｄｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｓｅｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｍａｎｙｐａｐｅｒ（ｓｕｃｈａｓ［１～３］）ｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｓｕｒｆａ…     

湍流的分形特征

综述了湍流分维测量的最新成果,涉及湍流分维测量的传统证据、分维测量方法以及湍流分维测量成果,重点详细介绍了湍流分维测量的各种方法及其优缺点,讨论了各家的测量成果,指出了具有广泛影响的 Ｓｒｅｅｎｉｖａｓａｎ等人使用的分维测量方法存在的问题,介绍了作者最新的成果．最后,综述了Ｎ－Ｓ方程与分形、标度律、湍流的理论分形模型等与湍流分维应用相关的领域的最新进展．对湍流分形研究进行了讨论和展望      

动态裂纹扩展中的分形效应

假设裂纹顶端沿着分形轨迹运动，建立了裂纹扩展的分形弯折（ｋｉｎｋｉｎｇ）模型来描述裂纹的动态扩展。根据这个模型，我们推导了分形裂纹扩展对劝态应力强度和裂纹速度的影响．动态应力强度因子与表观应力强度因子之比Ｋ（ｌ（ｔ），Ｖ）／Ｋ（Ｌ（ｔ），Ｏ）是表观裂纹速度Ｖ＿Ｏ，材料微结构参数（ｄ／Δａ），分维Ｄ和裂纹扩展路径的弯折角θ的函数。本文研究结果表明：在分形裂纹扩展中，表观（或量测）的裂纹速度Ｖ＿Ｏ很难接近Ｒａｙｌｅｉｇｈ波速Ｃ＿ｒ．动态断裂实验中Ｖ＿Ｏ明显低于Ｃ＿ｒ的原因可能是分形裂纹扩展效应所致。材料的微结构，裂纹扩展路径的分维和弯折角均很强地影响动态应力强度因子和裂纹扩展速度。     

Percolation Thresholds in 2-Dimensional Prefractal Models of Porous Media*

Considerable effort has been directed towards the application of percolation theory and fractal modeling to porous media. We combine these areas of research to investigate percolation in prefractal porous media. We estimated percolation thresholds in the pore space of homogeneous random 2-dimensional prefractals as a function of the fractal scale invariance ratio b and iteration level i. The percolation thresholds for these simulations were found to increase beyond the 0.5927l... porosity expected in Bernoulli (uncorrelated) percolation networks. Percolation in prefractals occurs through large pores connected by small pores. The thresholds increase with both b (a finite size effect) and i. The results allow the prediction of the onset of percolation in models of prefractal porous media and can be used to bound modeling efforts. More fundamental applications are also possible. Only a limited range of parameters has been explored empirically but extrapolations allow the critical fractal dimension to be estimated for a large combination of b and i values. Extrapolation to infinite iterations suggests that there may be a critical fractal dimension of the solid at which the pore space percolates. The extrapolated value is close to 1.89 – the well-known fractal dimension of percolation clusters in 2-dimensional Bernoulli networks.