爆炸荷载对不同距离邻近隧洞背爆侧裂纹影响的模拟试验

利用爆炸加载动态焦散线测试系统,模拟了不同起爆距离L时,爆炸荷载作用于邻近隧洞的全过程;通过分析迎爆侧破坏现象和背爆侧预制裂纹扩展的位移、速度以及裂纹尖端动态应力强度因子曲线的变化规律,研究了不同间距并行隧洞爆破开挖对既有隧洞的影响。试验结果表明:随着L增大,隧洞背爆侧裂纹的最终扩展位移呈先增大后减小的变化规律;裂纹扩展速度曲线的振荡幅值以及频率呈降低趋势,Ⅰ型应力强度因子的变化曲线逐渐趋于平缓,且最大峰值均出现延迟现象,最大峰值所对应的时间点由t=50μs~100μs向t100μs转移;起爆距离L从50mm增大到60mm时,裂纹扩展的位移、速度曲线以及应力强度因子曲线出现显著变化;而小于50mm或大于60mm时,它们分别呈相似性变化。研究结果可为现场试验确定邻近隧洞爆破开挖的距离L提供参考。     

不同倾角预制裂纹缺陷与运动裂纹的相互作用

为了研究运动裂纹与不同倾角预制裂纹缺陷之间的作用机制,采用数字激光动态焦散线方法对含不同倾角预制裂纹缺陷的三点弯曲梁进行冲击实验。研究结果表明,在冲击载荷作用下,预制裂纹缺陷尖端均产生了次生裂纹;当运动主裂纹与预制裂纹缺陷贯通时,次生裂纹不会立即起裂,而是经过0~10 μs的能量积蓄后,次生裂纹才起裂;运动主裂纹应力强度因子峰值与次裂纹起裂时的应力强度因子值均随预制裂纹倾角的增大而增大。     

粘弹性胶层中Ⅰ型裂纹的动态扩展

研究粘弹性胶层中Griffith裂纹在Ⅰ型载荷作用下,裂纹尖端动态应力强度因子和能量释放率的时间响应.首先,利用积分变换方法,推导出粘弹性层的控制方程组;其次,引入位错密度函数,并结合边界条件和界面连接条件,导出反映裂纹尖端奇异性的Cauchy型奇异积分方程组,然后,应用Chebyshev正交多项式化奇异积分方程组为代数方程组,并采用Schmidt方法对其数值求解,最后,经过Laplace逆变换,求得动态应力强度因子和能量释放率的时间响应.通过对材料参数的讨论,得到动应力强度因子和能量释放率随剪切松驰参量的减小而增大,随膨胀松弛参量的减小而减小,弹性参数对其影响较小.     

动静荷载作用下岩石裂纹扩展应力阈值识别

压缩荷载作用下岩石裂纹扩展应力阈值的识别是理解岩石渐进破坏过程和分析岩石宏观破坏机制的重要基础。对大理岩、粗花岗岩和细花岗岩开展了单轴压缩和动态冲击试验,引入岩石裂纹轴向应变和裂纹径向面积应变两个参数,根据岩石单轴压缩破坏时裂纹径向面积应变曲线斜率的不同,把以上三种岩石分成类型Ⅰ（大理岩）和类型Ⅱ（粗花岗岩和细花岗岩）岩石。研究表明,对于类型Ⅰ和类型Ⅱ岩石,分别利用其裂纹轴向应变和裂纹轴向应变刚度曲线特征点能准确识别出岩石在静态压缩荷载下裂纹稳定扩展应力σ_sd、裂纹不稳定扩展应力σ_usd以及裂纹相互贯通应力σ_ct,证明了仅利用轴向应变数据就可对类型Ⅰ和类型Ⅱ岩石静荷载下应力阈值进行识别。而后将裂纹轴向应变法推广至动态冲击荷载下岩石的应力阈值识别,解决了动态冲击压缩载荷作用下试样难以进行裂纹扩展应力阈值识别的问题。与静态荷载下岩石的裂纹扩展应力阈值不同,在动态冲击荷载下,岩石裂纹稳定扩展应力与峰值强度的比值有所减小,裂纹不稳定扩展应力和裂纹相互贯通应力阈值相等,且与峰值强度的比值也有所减小,岩石产生更多的贯通裂纹,试样破坏时破碎程度更高。

     

各向异性压电材料平面裂纹的耦合场分析

用Stroh方法分析了各向异性压电材料电导通型裂纹问题的耦合场.结果表明,裂纹面上的切向电场强度和法向电位移均为常数,在裂纹尖端有由弹性场的耦合作用产生的奇异;电导通裂纹模型中的静电场对裂纹尖端扩展的能量释放率不作贡献.     

缺陷孔对平面裂纹应力强度因子的影响

带有裂纹和缺陷孔洞的板的问题是一个多连域的边值问题，这类问题适合用边界元法所具有的高精度特性来求解．采用子域边界元法，在平面应变的条件下对存在中心裂纹的平面板受远处拉伸和剪切裁荷的作用进行了数值分析．研究了圆形孔洞对Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子的影响，与有限元法进行了对比，求解结果更加精确．计算了椭圆形孔对Ⅰ型应力强度因子的影响，得到了一些有意义的结果，并对移动接触弹性体作用下的带裂纹板进行了钻孔研究．     

十次对称二维准晶中的圆弧形裂纹

采用复变函数法研究了在远场承受均布声子场机械载荷作用下十次对称二维准晶中穿透周期轴的一个圆弧形裂纹.推导了表征声子场和相位子场的4个复应力函数的解析表达式,并由复应力函数获得了两个裂尖处声子场和相位子场应力强度因子、裂面张开位移以及能量释放率的表达式.     

冲击载荷下扩展裂纹尖端动态能量释放率分布的焦散线分析

借助高速摄影捕捉裂纹瞬态扩展过程,利用动态焦散线研究了含有裂纹的三点弯曲梁在冲击载荷作用下扩展裂纹尖端的动态能量释放率分布规律;综合分析了裂纹扩展时间、长度、速度,以及扩展裂纹尖端动态应力强度因子与它的变化关系,表明了动态能量释放率在裂纹扩展过程中的驱动作用。     

矩形压电体中反平面裂纹的电弹性场

基于线性压电理论,本文获得了含有中心反平面裂纹的矩形压电体中的奇异应力和电场。利用Fourier积分变换和Fourier正弦级数将电绝缘型裂纹问题化为对偶积分方程,并进一步归结为易于求解的第二类Fred-holm积分方程。获得了裂纹尖端应力、应变、电位移和电场的解析解,求得了裂纹尖端场的强度因子及能量释放率。分析了压电矩形体的几何尺寸对它们的影响。结果表明,对于电绝缘型裂纹,裂纹尖端附近的各个场变量都具有-1/2阶的奇异性,能量释放率与电荷载的方向及大小有关,并且有可能为负值。     

复合型运动荷载作用下横观各向同性体三维裂纹的应力强度因子

讨论横观各向同性体中含一半平面裂纹,在裂纹面上作用有运动点荷载的三维复合型应力强度因子历史.通过积分变换技术,最终将问题归结为求解Wiener-Hopf型积分方程组.该文给出了求解这一类积分方程组的一般性方法.在此基础上,基于Abel定理和Cagniard-de H oop方法,求得了Ⅱ、Ⅲ型复合应力强度因子的解析解.最后通过数值结果揭示了横观各向同性材料三维裂纹尖端场的动态特性.     

节理岩体爆生裂纹扩展动态焦散线模型实验研究

应用动态焦散线测试系统,模拟含节理岩体断裂爆破过程,进行了PMMA模型透射式动态焦散线实验,着重研究了爆炸初始裂纹与节理面夹角不同的情况下,裂纹尖端动态强度因子的变化规律、裂纹穿过节理面的扩展规律、以及炮孔与节理距离不同时裂纹穿过节理扩展的规律。实验结果分析表明,爆生裂纹穿过节理面时,裂纹尖端的动态强度因子和裂纹扩展速度显著下降,穿过节理面后,强度因子又增强;裂纹穿过节理面时,裂纹会沿节理面偏离一段距离后沿原方向继续扩展。实验结果还表明,炮孔与节理间距适宜的情况下,裂纹才会穿过节理继续扩展,间距太小和过大都不利于裂纹的扩展。     

单轴荷载下饱水岩石静态和动态抗压强度的细观力学分析

由于单轴荷载下饱水岩石的动态力学特性与静态力学特性存在很大差异,从宏观上进行力学分析存在局限性。根据岩石受压全应力应变曲线的细观机制,分析了静态及动态单轴荷载条件下孔隙水影响饱水岩石裂纹扩展的情况。在静态单轴压缩条件下,初始裂隙受压使自由水产生孔隙水压力,自由水对翼裂纹有向外挤压的应力,促进裂纹扩展。在动态单轴压缩条件下,自由水会产生粘结力,抑制裂纹扩展。根据翼裂纹受压扩展原理,推导出饱水单轴条件下动态抗压强度、静态抗压强度的计算公式,在相同断裂韧度下,饱水岩石静态抗压强度风干岩石静态抗压强度饱水岩石动态抗压强度。对自然风干和饱水砂岩进行单轴静态、动态压缩实验,结果与理论模型的结果相符。     

冲击载荷作用下裂纹动态响应的数值模拟

对垂直、剪切以及斜向等各种冲击载荷作用下裂纹的动态响应进行了数值模拟,得到了一系列随时间变化的动态应力场以及应变场图;根据其定义,计算出了相应的动态应力强度因子,进而分析了斜向载荷作用下裂纹起裂情况,并对最优断裂问题进行了阐述。     

大跨度悬索桥在静风荷载下的动力持性研究

大跨度桥梁的动力特性是研究桥梁振动的基础,随着跨度的增加,桥梁更加轻型化和柔性化,其几何变形与内力状态地随着风速的改变而变化,从而影响到结构的动力特性,本文介绍了风速变化时大跨径悬索桥动力特性的计算方法,并以广东虎门大桥为例,分析了大跨度悬索桥动力特性随风速度化的规律。     

Thermostressed state of a piezoelectric bodywith a plane crack under symmetric thermal load

The paper addresses a thermoelectroelastic problem for a piezoelectric body with an arbitrarily shaped plane crack in a plane perpendicular to the polarization axis under a symmetric thermal load. A relationship between the intensity factors for stress (SIF) and electric displacement (EDIF) in an infinite piezoceramic body with a crack under a thermal load and the SIF for a purely elastic body with a crack of the same shape under a mechanical load is established. This makes it possible to find the SIF and EDIF for an electroelastic material from the elastic solution without the need to solve specific problems of thermoelasticity. The SIF and EDIF for a piezoceramic body with an elliptic crack and linear distribution of temperature over the crack surface are found as an example __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 44, No. 3, pp. 96–108, March 2008.     

Dynamic stress intensity factor K III and dynamic crack propagation characteristics of anisotropic materials

Based on the mechanics of anisotropic materials, the dynamic propagation problem of a mode Ⅲ crack in an infinite anisotropic body is investigated. Stress, strain and displacement around the crack tip are expressed as an analytical complex function, which can be represented in power series. Constant coefficients of series are determined by boundary conditions. Expressions of dynamic stress intensity factors for a mode Ⅲ crack are obtained. Components of dynamic stress, dynamic strain and dynamic displacement around the crack tip are derived. Crack propagation characteristics are represented by the mechanical properties of the anisotropic materials, i.e., crack propagation velocity M and the parameter ~. The faster the crack velocity is, the greater the maximums of stress components and dynamic displacement components around the crack tip are. In particular, the parameter α affects stress and dynamic displacement around the crack tip.     

混凝土抗折动强度及其极值研究

混凝土类不均匀脆性材料的率敏感性主要是由于混凝土的不均匀性造成的,不均匀性使得不同速率的动裂纹发展路径不同,决定了不同速率的抗折动强度不同。基于此,提出混凝土抗折动强度由砂浆与骨料的抗折静强度的加权平均值再加上惯性项组成的代数表达式,并预测混凝土材料在爆炸冲击荷载条件下的极限抗折动强度。最后通过特殊设计的单一菱形净浆骨料三点弯实验, 验证了不同加载速率时破坏裂纹的发展路径及抗折动强度变化规律。     

Analysis of dynamic stress intensity factors of three-point bend specimen containing crack

A new formula is obtained to calculate dynamic stress intensity factors of the three-point bending specimen containing a single edge crack in this study. Firstly, the weight function for three-point bending specimen containing a single edge crack is derived from a general weight function form and two reference stress intensity factors, the coefficients of the weight function are given. Secondly, the history and distribution of dynamic stresses in uncracked three-point bending specimen are derived based on the vibration theory. Finally, the dynamic stress intensity factors equations for three-pointing specimen with a single edge crack subjected to impact loadings are obtained by the weight function method. The obtained formula is verified by the comparison with the numerical results of the finite element method (FEM). Good agreements have been achieved. The law of dynamic stress intensity factors of the three-point bending specimen under impact loadings varing with crack depths and loading rates is studied.