Caustic study on blast-induced wing crack behaviors in dynamic–static superimposed stress field

This paper studies blast-induced wing crack behavior in a dynamic–static superimposed stress field using high-speed photography in combination with the optical method of caustics. With a static–dynamic loading setup, four PMMA plate specimens with pre-existing cracks under different static loading and the same dynamic loading were tested to observe the mechanical characteristics and the kinematic characteristics of blast-induced wing cracks during the propagation process, including crack length, crack velocity and dynamic stress intensity factor (SIF) at the crack tip. The results show that the behavior of the blast-induced wing crack is affected by the explosion stress wave and initial static stress, and the initial static stress with the direction being perpendicular to the wing crack propagation direction hinders crack propagation. Furthermore, the boundary constraint condition of the specimen plays an important role on the behavior of the crack propagation in the experiment.     

节理介质中爆炸裂纹扩展的细观行为研究

利用爆炸加载动焦散测试系统 ,进行了有机玻璃材料的透射式动焦散模型试验 ,对含人工节理的材料中爆生裂纹扩展的细观行为进行了研究 ,获得了爆生裂纹扩展穿过节理的一般规律 .试验表明 ,爆生裂纹穿过节理时 ,并不是直接沿原方向 ,而是偏离一段距离后继续扩展 ,爆生裂纹的扩展与切缝和节理的夹角以及炮孔与节理间的距离有直接关系 .对穿过节理前后爆生裂纹尖端应力强度因子的定量分析结果表明 ,由于节理的影响 ,应力强度因子存在 2个峰值点     

控制切割爆破中空孔导向机理研究

采用动态光弹性技术,探讨了在保护性石料开采中使用的控制切割爆破技术中导向空孔的存在对切割缝的控制作用,分析了工程中常见的几种空孔配置形式的导向机理。考察了爆破应力波入射空孔时空孔周边的动应力分布情况。结果发现,正是由于应力波在空孔周边附近及炮孔爆炸时高压气体的准静态共同作用形成的动拉应力集中使沿炮孔与空孔连心线方向的裂纹优先扩展形成切割主裂缝,从而达到控制切制的目的。     

SH波作用下弧形裂纹对圆形衬砌动应力集中系数的影响

对SH波入射情况下弧形裂纹对圆形衬砌结构的影响情况进行了研究.在含有圆形衬砌弹性空间中,取时间谐和的出平面线源载荷作用时的位移函数基本解作为Green函数,首先考虑仅含衬砌结构的情况,求出应力,然后利用裂纹的"人工切割",在裂纹实际存在区域加置与所求应力大小相等、方向相反的应力,从而构造出裂纹.在此基础上给出圆形衬砌与裂纹同时存在情况下的位移、应力表达式,进而对衬砌动应力集中问题进行求解.利用算例讨论裂纹对衬砌结构的动应力集中系数的影响,裂纹的存在改变了系数分布情况,影响不可忽略.     

动态载荷作用下岩石颗粒破裂过程的数值模拟

目的 为了研究岩石颗粒在动态载荷下的损伤破坏机理与动力破碎过程．方法 用RFPA（岩石破裂过程分析）探讨不同动态应力波作用对于岩石颗粒试样破坏模式的影响．结果 数值模拟结果表明，在不同的应力波峰值和不同的应力波作用时间作用下，试样表现出不同的破裂模式．结论 在应力波峰值较低时，裂纹的萌生从试样的中部或底部开始；当应力波赋值较大时，裂纹的萌生从加载点开始以裂纹带的形式向下延伸．在相同的应力波峰值作用时。波长较长时试样主要表现为径向破裂为主；而波长较短时试样则表现为两翼破坏．在动态应力波作用下，试样中萌生出更多的分叉裂纹，随着应力波波长的增加。分叉裂纹的数量也随之增加．这与静态载荷作用下形成只一条主裂纹的情形是不同的。     

考虑桥联影响的复合材料带域中反平面裂纹动态扩展问题

讨论了纤维加强复合材料带域中，半无限长反平面裂纹在计及桥联纤维影响时的动态扩展问题，桥联增韧作用借与裂纹面位移相关的应力边界条件给出。应用Fourier变换和Wiener-Hopf技术进行数学分析。最后给出了动态应力强度因子，与已知成果进行比较，表明了结论的可靠性。     

裂纹对圆孔SH波散射与动应力集中系数的影响

采用Green函数法研究SH波入射时在圆形孔洞附近存在裂纹的情况下圆孔散射动应力集中系数的求解,取含有圆形孔洞的弹性全空间上任意一点承受时间谐和的出平面线源荷载作用时位移函数的基本解作为Green函数,首先求解圆形孔洞在SH波作用下的散射问题,然后利用Green函数在裂纹实际存在位置实施裂纹的“人工切割”,以恢复存在的裂纹,建立圆孔固边动应力的求解积分,得到动应力集中系数的解答,最后对圆形孔洞附近单裂纹问题进行了研究。     

Dynamic fracture behavior of rock under impact load using the caustics method

We studied the dynamic fracture mechanical behavior of rock under different impact rates. The fracture experiment was a three-point bending beam subjected to different impact loads monitored using the reflected caustics method. The mechanical parameters for fracture of the three-point bending beam specimen under impact load are analyzed. The mechanism of crack propagation is discussed. Experimental results show that the dynamic stress intensity factor increases before crack initiation. When the dynamic stress intensity factor reaches its maximum value the crack starts to develop. After crack initiation the dynamic stress intensity factor decreases rapidly and oscillates. As the impact rate increases the cracks initiate earlier, the maximum value of crack growth velocity becomes smaller and the values of dynamic stress intensity factor also vary less during crack propagation. The results provide a theoretical basis for the study of rock dynamic fracture.     

非固结面裂隙深度对爆破振动影响试验研究

鉴于岩体中存在大量裂隙,为了探索非固结面裂隙对爆破振动效应的影响,通过建立波在裂隙岩体中传播的砂浆模型,对节理裂隙岩体进行模拟试验,研究分析了岩体裂隙深度对应力波传播规律的影响。研究表明：由于非固结面裂隙因素影响,裂隙深度对垂直方向质点峰值的影响较大,质点垂向振动峰值变小,裂隙深度和质点峰值大小不是反线性比例关系;裂隙深度对三个单独方向（垂向、径向和切向）主频率大小的影响并不明显,但其垂向频域分布主要集中在中高频,径向和切向主要集中在低频频域范围内。     

SH波作用下圆形夹杂与裂纹的相互作用

利用特殊函数的加法公式,采用Green函数法研究圆形夹杂附近的裂纹对SH波的散射和裂纹尖端动应力强度因子的求解.取含有圆形夹杂的基体中任意一点承受时间谐和的出平面线源荷载作用时位移函数的基本解作为Green函数.首先求解圆形夹杂在SH波作用下的散射问题;然后利用Green函数在裂纹实际存在位置实施裂纹的"人工切割",以恢复存在的裂纹,建立裂纹尖端应力的求解积分,得到动应力强度因子的解答;最后对圆形夹杂附近单平行裂纹问题进行了研究.     

掏槽控制爆破动焦散试验研究

运用焦散线法基本原理，建立了性能稳定的爆炸加载测试系统．用普通药包掏槽爆破和切缝药包掏槽控制爆破进行了透明材料模型的透射式动焦散试验对照试验，结果表明，在相同药量的情况下，普通药包掏槽爆破的裂纹在各炮孔周围为随机分布，裂纹数目多且较短，各掏槽炮眼间没有形成贯通裂纹，其焦散斑随裂纹分布；采用切缝药包掏槽控制爆破的裂纹主要沿切缝方向分布且较长，各掏槽炮眼间形成贫通裂纹，焦散斑主要分布在切缝方向上．最后探讨了掏槽控制爆破的机理．     

应力波加载条件下 907A钢-20℃时的动态断裂与止裂研究

在应力波加载(SplitHopkinsonPressureBar)条件下,采用动态分析方法对907A钢在-20℃时的裂纹起裂、扩展、止裂全过程进行了研究.实验结果表明在-20℃时,907A钢的动态裂纹扩展过程是一先加速后减速的过程,其最大裂纹扩展速度V     

SH波作用下圆形衬砌与直线形裂纹的相互作用

研究SH波入射情况下圆形衬砌结构与直线形裂纹的相互作用问题.在含有圆形衬砌弹性空间上,考虑仅含衬砌结构的情况,求出应力,取时间谐和的出平面线源载荷作用时的位移函数基本解作为Green函数,利用裂纹的"人工切割",在裂纹实际存在区域加置与所求应力大小相等、方向相反的应力,从而构造出裂纹.文中给出圆形衬砌与裂纹同时存在情况下的位移、应力表达式,求解衬砌边的动应力集中问题.最后利用算例讨论裂纹对衬砌结构的动应力集中系数的影响.     

动载荷条件下水泥环损伤原因分析

为了避免射孔后在水泥石上形成一些微细的裂纹而导致井下作业(如压裂等)在这些裂纹尖端处形成应力集中,造成裂纹的扩展和延伸。对动载荷条件下水泥环损伤原因及程度进行了分析,提出了提高水泥环与套管、地层的胶结强度和水泥环抗冲击能力的措施。     

基于应变率相关动力特性的岩体爆破破坏区范围研究

岩体动态强度特性及受力变化规律是研究炮孔近区岩体破坏特征的关键,采用合理的动态强度模型直接决定了炮孔破坏区范围计算结果的正确性.因此,利用理论分析与现场试验相结合的方法,研究了基于应变率相关动力强度特性下炮孔破坏区范围的计算方法.利用柱面波的位移协调方程,推导了炮孔近区岩体质点的应变率计算公式,并应用于岩体应变率相关的...     

脆性材料裂纹动态扩展规律的研究

为了研究脆性材料中动态裂纹的扩展规律,本文采用PMMA(有机玻璃)作为试件材料,通过钢板冲击实验和拉格朗日与SPH耦合模拟算法进行研究。在保持其他条件一致的情况下,通过改变冲击速度和初始裂纹角度进行分组实验,然后完全对应实验的冲击条件和试件状态进行分组模拟,最后对比分析。得出主要结论有：脆性材料动态裂纹的扩展形态主要是翼型扩展,还有非翼型的次生裂纹出现,翼型裂纹扩展方向竖直向下,次生裂纹扩展方向趋于水平;动态裂纹的扩展长度随冲击速度以指数趋势增长;试件中次生裂纹的出现,很大程度增加了裂纹扩展长度;翼型裂纹的扩展角度随着初始裂纹角度的增大而减小;拉格朗日与SPH耦合算法,能够逼真显示动态裂纹中翼型裂纹的扩展形态等等。     

Experimental and numerical study on crack propagation in pre-cracked beam specimens under three-point bending

A simultaneous experimental and numerical study on crack propagation in the pre-cracked beams specimens(concrete-like materials) is carried out using three-point bending flexural test. The crack propagation and coalescence paths of internal cracks in side beam specimens are experimentally studied by inserting double internal cracks. The effects of crack positions on the fracturing path in the bridge areas of the double cracked beam specimens are also studied. It has been observed that the breaking of concrete-like cracked beams specimens occurs mainly by the propagation of wing cracks emanating from the tips of the pre-existing cracks in the numerical and experimental analyses, respectively. The same specimens are numerically simulated by an indirect boundary element method(IBEM) known as displacement discontinuity method(DDM) using higher displacement discontinuity. These numerical results are compared with the existing experimental results. This comparison illustrates the higher accuracy of the results obtained by the indirect boundary element method by using only a small number of elements compared with the discrete element method(PFC2D code).     

双向载荷作用下无限大板中源于正方形孔的分支裂纹的应力强度因子

为研究源于正方形孔的一对分支裂纹问题提出一种边界元法,该边界元方法由Crouch与Starfield提出的常位移不连续单元和裂尖位移不连续单元构成.在该边界元方法的实施过程中,左、右裂尖位移不连续单元分别置于裂纹的左、右裂尖处,而常位移不连续单元则分布于除了裂尖位移不连续单元占据的位置之外的整个裂纹面及其他边界.算例说明,这种边界元法对计算平面弹性复杂裂纹的应力强度因子非常有效.给出的双向载荷作用下无限大板中源于正方形孔的一对分支裂纹的应力强度因子的详细数值结果,可以揭示双向载荷参数对应力强度因子的影响.     

N-J水电站岩爆区应力释放孔预裂控制的爆破分析

为了对N-J水电站引水隧洞岩爆区进行卸压分析,对施工区的SS-1砂岩进行岩爆倾向性试验,采用弹性能量指数作为岩爆倾向判断指标,试验结果表明施工区具有强烈的岩爆倾向,说明了进行钻孔卸压的必要性。运用扩展有限元方法对钻孔预裂爆破进行数值模拟,模拟不同抗拉强度的岩体(4、6、8、10 MPa)在不同钻孔间距(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 m)的孔内预裂爆破情况,分析了爆破过程的能量耗散率、裂缝贯穿最小冲击力等。数值分析结果表明:预裂爆破能量耗散率随卸压孔间距的增加而增大,基本呈指数型增长趋势;岩爆区的计算冲击应力小于岩石极限动态抗拉强度时,爆破不会使钻孔壁产生压碎破坏;在施工现场应对钻孔间距进行合理布局,以保证良好的卸压效果。     

应力波在不同界面中传播规律的动光弹研究

采用动光弹实验的方法,对应力波在不同界面结构中的传播规律进行了研究,分析了三种不同界面情况下没有刻槽、刻槽以及完全割断的情况,应力波的传播速度,并进行了比较。结果证实了完全割断时对应力波的传播有明显的阻隔作用。实验表明,钻爆法施工应充分重视爆破应力波对衬砌的影响,可作为隧道设计的依据。