碳纤维增强混凝土裂纹钝化后的弯曲强度评价

利用电沉积技术对碳纤维增强混凝土(CFRC)的裂纹实施钝化。在分析CFRC实施裂纹钝化后的弯曲强度分布状况的基础上,采用Weibull模数m值和特征强度σ的大小来评价该材料裂纹钝化后的性能。结果表明Weibull统计理论适宜解释电沉积技术的作用机理,CFRC在裂纹钝化后其强度提高了,离散性也得到了显著的改善。     

考虑Reissner效应的表面裂纹的非线性线弹簧模型

本文在非经典板的弯曲理论基础上,对应力-应变关系满足ε/ε_o=σ/σ_o α(σ/σ_o)~n的幂硬化材料的表面裂纹的弹塑性断裂分析,建立了非线性线弹簧模型,计算了表面裂纹的应力强度因子及其最大深度点的J积分值,研究了幂硬化指数n和系数α以及波桑比ν对J积分值的影响。     

疲劳裂纹塑性闭合特性的数值分析方法

塑性诱导裂纹闭合是导致裂纹闭合发生的主要机理之一.利用弹塑性有限元法模拟含中心裂纹矩形板试件的疲劳裂纹扩展,并确定疲劳裂纹张开、闭合应力水平.通过计算,考察应力比R、裂纹长度、最大应力强度因子Kmax等对疲劳裂纹张开闭合应力的影响规律.论文阐述了所采用的裂纹扩展模拟方法及确定裂纹张开和闭合应力的原理.采用了等K加载方式,即在裂纹扩展中裂尖应力强度因子的最大值Kmax保持不变(给定R比,最大应力σmax随裂纹长度变化).分析了两种Kmax水平下R比分别为0.3,0,-0.5和-1.0共8种载荷工况.结果表明,对各个载荷工况,用瞬时最大应力σmax正则化的裂纹张开、闭合应力水平σop/σmax和σcl/σmax与裂纹长度无关.等K循环加载比等幅循环加载更有利于分析影响裂纹闭合水平的因素和闭合效应对疲劳裂纹扩展的影响规律,为建立基于裂纹闭合效应的疲劳裂纹扩展规律模型提供了一种新的思路.     

用圆孔平台巴西圆盘确定岩石拉伸强度的非局部应力方法

对用圆孔平台巴西圆盘确定岩石拉伸强度的方法进行了研究.用有限元法分析了试件加载直径上的双向应力分布.由于加载直径靠近孔边处存在较大的拉伸应力梯度,如果以加载直径与中心圆孔相交点的最大拉伸应力来确定岩石的拉伸强度σt,拉伸强度的试验值会随着中心圆孔与圆盘半径之比r/R的增加而减小.采用非局部应力方法,考虑双向应力状态作用下发生破坏的Griffith强度准则的等效应力σG,在加载直径上选取材料特征尺寸,让σG"在特征尺寸上积分后取均值后得到岩石的拉伸强度σt.利用该方法得到的圆孔平台巴西圆盘测得的σt值不随r/R的变化而变化,其平均值大约为平台巴西圆盘测试值的1.23倍左右.     

关于脆性岩体岩爆成因的理论分析

大型工程开挖中,高地应力环境下高储能脆性岩体通常会通过脆性破裂快速释放应变能,产生岩爆。针对这类岩爆现象进行了一系列理论探讨,认为:(1)开挖条件下脆性岩体的岩爆破坏主要为张破裂或者张剪性破裂,破裂角一般较小,呈薄片状或刀口状。笔者认为开挖产生次生张应力和压剪应力条件下微裂纹裂尖出现张应力是可能的,因此采用格里菲斯强度理论研究开挖岩体破裂是有效的; (2)以格里菲斯强度理论为基础,分析了岩体在二维和三维情形下的岩爆破裂应力判据和破裂角,指出在有张应力的条件下,岩体的剪破裂角会减小,直至为零,这就解释了开挖面附近薄片状、刀口状破裂现象的原因; (3)分析了脆性岩体岩爆破裂的能量过程,指出张性破裂所耗能量较小,而张剪性和压剪性破裂耗能较高。认为岩爆破裂消耗的能量主要转化为新生裂纹的表面能和破裂碎片的动能,并指出表面能所占比例较动能为小。由此解释了脆性岩体岩爆破坏以动力效应为主的特征; (4)本文理论分析成果的工程应用价值在于:可以预示开挖脆性岩体破裂部位、破裂方式和破裂范围; 提出岩爆破裂的张性应力控制依据。     

压荷载下类岩石材料中的锯齿形裂纹分析

针对类岩石材料的复杂性和非均质性，特别是材料中一些强度相对较弱的晶界的存在等，对形状较为复杂的两种锯齿形裂纹：内张型滑动裂纹和单翼滑动裂纹的应力强度因子进行了分析．结合经典的滑动裂纹模型，讨论了裂纹起裂角、侧压以及翼裂长度等对应力强度因子的影响．分析的结果为进一步研究类岩石材料的断裂损伤机理提供了理论基础．     

应用激光散斑技术研究稳定扩展过程中的裂纹张开位移

本文应用激光散斑照相放大技术和夹层散斑技术,测量了稳定扩展过程中的裂端张开位移和裂端前方纵向应变的变化,并提供了部分实验结果. 1.实验测试技术和数据处理 实验采用了散斑照相放大光路,放大10倍,并用夹层散斑法记录散斑场.试件有两种,一种是0.2毫米厚的铝箔试件(E=8500kg/mm~2,σ_(0.2)=14.2kg/mm~2,σ_b=15.4kg/mm~2),双边裂纹,尺寸见图1.两条裂纹长短不等,测量长裂纹裂端的变形.为了观察远场应变随裂纹缓慢扩展的变化,在试件上贴了一个2×3毫米的应变片,实验中用应变仪进行测量.第二种试件是0.1毫米厚的紫铜箔试件,单边裂纹,尺寸见图2.     

岩石强度随中间主应力变化规律

1.引言 Murrell、Handin等及茂木等,从围压下的压缩实验与拉伸实验的莫尔包线的显著差异发现了中间主应力对岩石强度有相当大的影响.Weibols和Cook,在岩石的强度取决于有效畸变能的某一最大值的假设之下,根据有限单元法的计算结果指出了在某一恒σ_3作用下当σ_2=σ_3增加到σ_2=σ_1时,岩石强度有一个逐渐增大到最大值后便又逐渐下降到大于常规三轴压缩强度的某一个值的规律     

内压、外载下晶内微裂纹演化的有限元分析

为了研究和确定金属材料内部微裂纹的演化规律,本文基于物质表面扩散和蒸发-凝结机制的经典理论,建立了拉压外载和内压共同作用下的有限单元法,对金属材料内部晶内微裂纹在应力诱发表面扩散下的不稳定外形演化情况进行了有限元模拟,并系统地分析了外载、内压、形态比对微裂纹形态演化的影响。结果表明:内压q、外载0σ、形态比β是微裂纹演化的主要影响因素;当β和q固定时,存在临界外载荷cσ,若0 cσσ,裂纹不会发生分节,而0 cσ≥σ时微裂纹将分节成三个小裂腔,且分节时间随着0σ和β的增大而减小;当β和0σ为定值时,存在临界内压cq,若cq≤q时,裂纹将会发生分节,且内压阻碍裂腔分节;当0σ和q为定值时,存在临界形态比cβ,cβ≥β的裂纹将会发生分节。     

基于X-射线CT方法的岩石小裂纹扩展过程分析

岩石的小裂纹起裂及扩展过程是岩石力学研究的一个关键问题。对软硬两种砂岩进行单轴加载试验,同时用高分辨率的螺旋CT扫描机进行实时扫描。通过对获得的CT图像的分析处理发现,CT差值图像中的方差值与小裂纹的扩展速率有密切的关系,建立CT差值图像中的方差值与应力关系曲线,可以直观地看出:1)岩石样品中小裂纹起裂门槛值:软砂岩样品小裂纹扩展的门槛值为岩石强度的55%,小裂纹的扩展强度占整个强度的73%。硬砂岩小裂纹扩展的门槛值为岩石强度的64.5%,小裂纹的疲劳强度占整个强度的79%;2)小裂纹的扩展规律,即:在加载的初期岩石中小裂纹的扩展速率缓慢增大,在小裂纹扩展的门槛值出现之前快速下降,小裂纹扩展的门槛值出现之后又快速增加,最后当裂纹长度达到一定值时与长裂纹扩展速率基本一致。     

脆性材料的分形统计强度理论

基于脆性材料中裂纹尺度的分形分面和最弱环原理的假设，导出了裂纹尺频分布的分形维数Ｄ与经典统计强度理论中Ｗｅｉｂｕｌｌ模量ｍ之间的关系，揭示了ｍ的几何实质，并且同时考虑裂纹的尺度分布和方位分布及裂纹扩展路径的不规则性对统计强度的影响，从理论上推导了复杂应力状态下脆性材料统计强度σ的一般表达式。     

一种光弹性法确定应力强度因子的简便方法

在考虑远场非奇异应力σａｘ影响的基础上,建立了Ⅰ－Ⅱ混合型裂纹问题应力强度因子Ｋ１、ＫⅡ与等差线条纹图上点的极坐标间的非线性方程,为确定ＫⅠ、ＫⅡ及σａ,本文将θ＝０及θ＝π／２两级轴与两级不同条纹交点的坐标代入方程,从而得到了一种光强弹性法确定Ⅰ－Ⅱ混合型裂纹问题应力强度因子的简便方法。作为实例,本文一了环树脂及聚碳酸脂材料在不同载荷、不同裂纹条件下的应力强度因子,并将所得结果与相应的理论计算值     

岩石蠕变断裂特性的试验研究

以一类红砂岩为例对蠕变条件下岩石裂纹的起裂和扩展的机理、准则进行了试验研究和理论分析．试验结果表明，岩石裂纹常常在初始应力强度因子KI小于断裂韧度KIC的情况下，经过一段时间的持续蠕变变形产生裂纹起裂和扩展．当然，初始应力强度因子KI小于断裂韧度KIC是有限度的，KI不得小于另一固定值KIC2，KIC2表征了岩石在蠕变条件下抵抗裂纹起裂和扩展的能力，而且其值小于KIC，可称之为蠕变断裂韧度．在岩石工程的设计和计算中，KIC2是一个重要参数．     

光弹性五参数法确定Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹应力强度因子

在考虑远场非奇异应力σax、σoy、τ0影响的基础上,建立了Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹应力强度因子与等差线条纹上点的极坐标间的非线性方程,为通过该方程确定应力强度因子,将θ=0及θ=π/2两极轴与三等差线条纹交点的坐标先后代入方程,并利用差分法得到了一种光弹性法确定Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹应力强度因子的五参数法。作为实例,本文测定了环氧树脂及聚碳酸酯在不同载荷、不同裂纹条件下的应力强度因子,并将所得结果与相应的理论计算值及三参数法的结果进行了比较,发现本文提出的五参数法确定Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹应力强度因子的方法,充分反映了远场非奇异应力的影响,所得结果精度较高。     

用散光光弹性测量Ⅰ型应力强度因子

利用散光法确定Ⅰ型应力强度因子的可行性已在一根带边裂纹的梁承受纯弯曲的情况下得到证实。可以用光弹性条纹数据米获得裂缝尖端周围奇异区内的条纹梯度的表达式。Ⅰ型应力强度因子是通过把条纹梯度与奇异区内的局部应力联系起米,然后将这些结果外推到裂缝尖端而给予确定。实验结果和解析结果表示了良好的一致性,故建议将此法应用于三维断裂力学问题。 字符: σ_(xx),σ_(yy),σ_(zz)=笛卡尔坐标中的应力分量。 σ_0=远场应力在奇异区内的效应。 x,y,z=在图1中定义的笛卡尔坐标。 γ,θ=裂纹尖端处的极坐标。 K_Ⅰ=Ⅰ型应力强度因子。 K_(Ⅰth)=Ⅰ型应力强度因子的理论值。 f_σ=散光法应力条纹系数。 (dN)/(dx)=散光条纹梯度。     

用全息和散斑干涉法对含穿透裂纹的有限宽薄板进行弹塑性分析

本文用激光全息和散斑干涉法,测量了含中心疲劳裂纹、双边切缝、45°斜切缝的有限宽铝合金板试件(LY12—CZ),在均匀单向拉伸载荷作用下,直至大范围屈服时,裂纹尖端附近区域的三维位移场.给出了下列结果:①裂纹尖端塑性区的尺寸、形状随载荷增加的变化情况.中心疲劳裂纹与双边切缝试件的裂纹尖端塑性区形状的比较;②裂纹尖端特征点的COD—σ/σ_s 曲线,裂纹起裂点的张开位移δ_(?)(即COD);③试件对称轴上一定标距内△—σ/σ_s 曲线,标称应变ε_0与载荷比σ/σ_s 关系,即ε_0—σ/σ_s 曲线,实验表明标称应变ε_0是衡量试件屈服情况的参数;④定量地测定了裂纹尖端附近的位移场;⑤裂纹尖端附近的应变场;⑥对失稳断裂载荷进行了塑性极限分析.并将上述结果与有关理论,实验及数值计算结果进行了比较.     

含层理页岩气藏水力压裂裂纹扩展规律解析分析

页岩气蕴藏在页岩层中,页岩层的层理性构造使其水力压裂裂纹扩展与常规均质储层不同.为研究页岩储层水力压裂的裂纹扩展规律,基于复变函数保角变换,得出裂纹尖端应力集中解,考虑页岩非均质、强度各向异性特点,通过比较裂纹沿各方向扩展所需的裂缝尖端水压力,推导出水力压裂裂纹垂直于最小地应力方向稳定扩展过程中在斜交层理后的扩展判据.分别定义了水力压裂裂纹在层理处起裂和沿层理扩展的弱层和岩石基体临界强度比,根据两个临界强度比确定水力压裂裂纹遇层理时在层理处起裂和沿层理扩展的层理弱面强度范围,以此表示水力压裂裂纹转向层理扩展的难易程度.通过对裂纹扩展判据的分析得出:层理起裂弱层和岩石基体临界强度比随层理走向线与第一主应力夹角和层理倾角的减小以及第三主应力和岩石基体强度的增大而增大;层理走向角小于35.26°时,层理起裂弱层和岩石基体临界强度比随第一主应力的减小以及第二主应力的增大而增大;反之,层理起裂弱层和岩石基体临界强度比随第一主应力的减小以及第二主应力的增大而减小;层理扩展弱层和岩石基体临界强度比随层理走向线与第一主应力夹角、层理倾角和地应力差的减小以及岩石基体抗拉强度的增大而增大.层理起裂条件与层理扩展条件同时满足时,水力压裂裂纹转向层理方向扩展.      

PFC2D平节理模型细观参数标定方法

细观参数的快速准确确定对PFC正确模拟岩石力学性能非常重要.目前,平节理模型细观参数的标定研究均未考虑对泊松比和压拉比有很大影响的黏结比例φb和影响岩石强度及裂纹产生难易程度的黏结强度变异系数Rsd这两个细观参数,且未考虑作为判断围岩损伤范围重要指标的宏观参数起裂强度σci在参数中新增φb,Rsd和σci,采用正交数值试验方法研究了平节理模型8个细观参数与岩石6个宏观参数之间的相关性,确定了各宏观参数与主要细观参数之间的拟合关系,并分析了宏细观参数间的趋势关系.在此基础上,提出了平节理模型细观参数的标定流程,然后根据片麻花岗岩物理试验的宏观力学参数确定了模型的细观参数并进行数值试验,模拟结果与物理试验结果基本吻合,说明标定流程可行.     

非奇异项对压剪闭合裂纹端部有限域内最大剪应力场的影响

通过研究非奇异应力项对受压剪应力作用闭合裂纹端部等差线变化的影响,得到一个描述裂纹尖端有限区城内最大剪应力场变化的表达式.以此作为根据光弹性数据确定应力强度因子的控制方程,其计算结果具有良好的收敛稳定性.本文给出了构造其它类型裂纹端部有限区城内最大剪应力场表达式的一般方法.解释了σ_(χο)及σ_(уо)在本文研究问题中的实际意义.     

基于细观力学的脆性岩石蠕变损伤特性研究

由于孔隙水长期应力侵蚀作用下的亚临界裂纹扩展对脆性岩石的蠕变特性有着重要的影响.论文基于翼型裂纹细观模型与裂纹扩展法则,得到了常压应力作用岩石的裂纹长度演化规律,然后结合宏观应变关系,分析了岩石的蠕变应变演化规律.基于上述关系,讨论了初始损伤一定情况下,裂纹角度对于岩石的蠕变失效特性及短期强度的影响,结果表明了裂纹角度对于脆性岩石的力学特性有着重要的影响.然后结合花岗岩细观力学试验参数,分析了花岗岩的裂纹尖端强度因子,裂纹长度,损伤,蠕变演化规律.并对比分析了蠕变应变的理论与试验结果,两者具有一定的相似性,验证了理论模型的合理性,进而对脆性岩石工程的设计与施工提供了一定的帮助.