节理岩体分形维数与抗压强度的关系探讨

应用有限元数值模拟和多重分形理论研究探讨了节理岩体(白云岩)的抗压强度与分形维数之间的关系.研究表明,节理岩体的分形维数与抗压强度具有负线性关系,分维数越大,则岩体的抗压强度越低.     

不同氧化镁含量烧结矿粒度分布的分形研究

通过对不同MgO含量烧结矿破碎体的筛上、筛下物分布规律的研究,计算得出了烧结矿粒度分布的分形维数,线性相关系数均大于0.97,说明使用分形维数定量表征烧结矿在不同MgO含量条件下的粒度组成是可行的.结果表明:分形维数随着MgO含量的增加而增加,在一定程度上可以定量估测烧结矿中MgO含量的范围,并结合微观结构,合理解释了转鼓强度、成品率和分形维数之间的关系.为更加深入表达不同MgO含量的烧结矿的有关数值模型提供了新的理论依据和研究方法.     

服役环境下TA2/Q235爆炸复合板剪切断口分形表征

 为了定量研究服役条件下TA2/Q235爆炸焊接复合板剪切强度与断口分形维数及多重分形谱的关系,明确适合TA2/Q235复合板的最佳分形表征方法,通过热处理模拟服役过程,对服役后的样品开展剪切测试,并引入分形理论对剪切断口进行表征,建立了剪切强度与分形维数及多重分形谱的定量关系。结果表明,200、400和600 ℃服役后,样品剪切强度与断口多重分形谱宽度负相关;结合残余应力消除及再结晶长大对TA2/Q235爆炸复合板剪切断口形貌影响规律的分析,相比分形维数,多重分形谱能更准确地描述断口力学信息。     

断续节理对岩体力学性能的影响

采用颗粒流数值模拟程序,建立不同节理状态的岩石试样模型,对其进行双轴试验模拟,从岩桥长度、节理长度和倾角三个方面对断续节理影响下的岩体破裂形式和力学性质进行了数值模拟分析.岩桥的破裂方式为翼裂纹扩展下的拉剪复合破坏,模型破裂大致经历了翼裂纹的扩展、次生裂纹的延伸以及岩桥的贯通三个过程,而且表现出明显的蠕变特性以及延性破坏.岩桥长度的变化对峰值强度和弹性模量影响较小;相比岩桥长度,节理岩样的力学特性对节理长度更加敏感.对于不同的节理倾角,岩石试件表现出不同的初始破裂形式,0°倾角岩样的破裂方式为翼裂纹的扩展和次生裂纹的延伸,中间岩桥没有被贯通,15°倾角岩样的初裂强度和峰值强度最大.      

根系分形维数及其研究进展

系统介绍了分形理论的形成和实际内容,并综述了根系分形维数的计算方法以及分形维数在植物根系研究方面的重要作用.分形维数作为一种简便地描述植物根系形态、生理特性的方法,给根系的研究带来了很大的方便.     

高炉矿焦床层孔隙分形维数的计算机模型研究

在计算机模拟高炉矿、焦床层分形结构的基础上,引入了2个参数:散料颗粒的形状系数φ与内孔隙度ε对模拟结果进行了修正,分析了影响散料层孔隙度与孔隙结构分形维数的因素.研究结果表明,随着散料层孔隙度的增加,孔隙结构的Sierpinski分形维数增大,孔隙对散料层的填充能力增强.     

分形理论盒维数与第二相颗粒相体积的关系研究

本文采用分形理论中的盒维数法开展了复合材料中第二相颗粒分布均匀性评价研究,理论计算了两种颗粒分布情况下(颗粒均匀分布、横向与纵向的颗粒间距比为1.5的分布)盒维数值与第二相颗粒相体积的关系。结果表明:两种分布情况下,不论第二相颗粒相体积值高或低,每种分布的盒维数均为同一值,但两种分布的盒维数值不相同,这说明盒维数法可评价出第二相颗粒的分布均匀性,与其相体积无关;且研究表明分形方程中的ln K与相体积的对数呈线性关系;第二相颗粒相体积相同时,横向与纵向颗粒间距比为1.5分布时的ln K与颗粒均匀分布时的ln K也呈线性关系。     

尾砂胶结充填体声发射特征的分形分析

对取自某铜矿的尾砂按不同配比制备尾砂胶结充填体试样,在单轴压缩条件下,进行尾砂胶结充填体破坏全过程声发射试验,通过对声发射基本参数序列进行理论分析,证实了充填体的声发射过程具有分形特征,并采用＂G-P算法＂计算了能率时间序列的关联维数.结果表明：低配比（1∶8）试样的关联维数在应力水平为60%时突降到最低,结构内部裂纹扩展开始变得有序,并呈宏观态势发展;高配比（1∶4）试样的关联维数是逐渐降低的,在峰值破坏时降到最小.此外,关联维数的＂突降→平静＂和＂持续降低＂两种模式可分别作为两种配比的充填体现场稳定性监测、预报的前兆判据.     

含硫充填体膨胀裂隙发育特性与单轴抗压强度的关联分析

含硫胶结充填体随着养护龄期的延长会出现膨胀开裂现象，存在明显裂隙的充填体试件再进行单轴抗压强度测试其结果十分离散，已不能有效地获得充填体力学参数.在室内进行配比试验，采用数字图像处理技术对得到的充填体表面裂隙图像进行二值化、去噪等预处理，而后计算其分形维数并分析其演化规律，且将分形维数与单轴抗压强度关联分析.研究结果表明:充填体试件面表的裂隙存在自相似性，表面裂隙越发育，其分形维数越大；分形维数与单轴抗压强度存在负相关关系，分形维数越小，其单轴抗压强度越高；分形维数可判别含硫充填体试件的完整性，当充填体表面裂隙的分形维数小于某阈值时，强度试验的结果更为可靠.      

含铁粉尘碳酸化球团微孔隙分形特征研究

含铁粉尘碳酸化球团微观孔结构对其宏观特性具有显著影响。本文采用分形维数研究CaO含量、造球时间、反应温度和CO_2分压对孔结构特征的影响规律。结果表明:随着CaO含量升高,凝胶孔含量增多,孔结构复杂程度增加,分形维数升高;延长造球时间,分形维数增大;生球孔隙比表面积和转化率在一定范围内随着分形维数的变大而增大;提高反应温度或CO_2分压,分形维数随之降低。     

Fractal analysis on the fatigue fracture surface along the crack propagation direction

The fractal dimension along the crack propagation direction on the fatigue fracture surface of a dual-phase steel was investigated by both vertical section profile method and secondary electron line scanning method. Results from the vertical section profile method showed that during the crack propagation, the fractal dimension of the fracture surface increases with increasing stress intensity factor, however, the secondary electron line scanning method presented somewhat different results of fractal dimension and was proved not feasible in all kinds of fracture surfaces, so this method is not suggested in calculating the fractal dimension of the fracture surface.     

Numerical Simulation on Damage and Failure of Brittle Rocks under Different Confining Pressures

A numerical analysis has been conducted to evaluate the effect of confining pressure on the damage evolution and the fracture process of brittle rock materials by using the rock failure process analysis code (RFPA2D). A fractal dimension D associated with material damage and a damage variable ω are defined to describe the damage process of the specimen subjected to tensile or compressive load. We find that the spatial distribution of microfractures is fractal and has very good statistical self-similarity in the specimen under different confined conditions. The fractal dimension D increases progressively with loading. Meanwhile, the damage variable ω develops from 0 to 1, and the specimen failure is characterized by the critical damage variable ωc with 0.4 ? ωc ? 0.8. The initial damage is delayed by the confining pressure. The confining pressure plays an important role in the mode of rock failure in numerical simulations. The tensile microfractures dominate near the brittle splitting of the specimens under no and low confining pressure. Conversely, a few tensile microfractures appear in the ductile shear failures of the specimens under immediate or high confining pressures. The tensile microfractures run through all failure processes in the specimen under uniaxial tensile loading. The stress-strain curves are also obtained in numerical simulation. The results show that the specimen is strengthed by the confinement and fails according to Mohr-Coulomb failure criterion.     

片状粉末表面特征的表征方法

对不同片状粉末的显微照片进行了分析，选择四个机械表面粗糙度参数：Ra，Rq，Sk和K对不同粉体颗粒的图像进行表面几何特征的描述，根据片状粉末图像的灰度值计算相应的粗糙度数值。并提出用分形的方法进行进一步表面分析，采用DBC算法计算分形盒子维，作为颗粒表面的分形维数。结果表明，计算得到的粗糙度参数中，Ra，Rq的变化趋势与人为观察结果不符。Sk和K的数值与主观观察结果较为吻合，但是对珠光效应比较敏感。表面分形维数的数值最为稳定，且符合观察结果，与主观视觉效果一致，在一定程度上，可有效地反映粉体表面的粗糙程度。从而为片状粉体的制备和应用研究，提供一个较为合理的表面几何特征的表征方法。     

转炉水模分散相尺寸分布的分形表征

 运用图像处理方法获得了分散相粒径和分散相几何特征,建立了一个用几何特征计算分散相分布分形维数的数学模型。数据图像的提取来源于模拟转炉吹炼过程的二维水模型,主要利用高分辨率数码相机采集数据,通过图像处理软件对得到图像中分散相进行提取与粒度计算,应用粒度分布分形维数模型,研究了在硬吹和软吹条件下顶吹转炉钢滴分散相粒度分布与边界条件的关系,证明了粒度分布分形维数数学模型的合理性。     

钢中夹杂物的分形维数及其与形貌特征的关系

 利用Matlab图像处理功能计算了钢中夹杂物SEM图像的边缘、二维和三维分形维数,并讨论了边缘分形维数与夹杂物颗粒微观凝聚机制和三维分形维数与其融入顶渣中动力学之间的关系。结果表明：边缘分形维数可定量地表征夹杂物边界轮廓线的曲折复杂程度;对非润湿夹杂物颗粒来说,其边缘分形维数越大,表明气泡易于在其表面生成,从而更加有力于夹杂物的碰撞凝聚长大;夹杂物颗粒的三维分形维数越小,更有利于夹杂物融入渣中而被去除;分形维数是一个影响不规则夹杂物颗粒碰撞、凝聚和去除的重要参数。     

硫酸盐侵蚀作用下纤维锂渣混凝土裂缝的分形特征

为探究新型混凝土受硫酸盐侵蚀后的力学性能,采用质量分数为5%的硫酸盐溶液全浸泡加速侵蚀法,对11组聚丙烯纤维混凝土（PC）试块、11组聚丙烯纤维锂渣混凝土（PLiC）试块、8根PC大偏心受压柱和8根PLiC大偏心受压柱进行侵蚀试验,得到了不同侵蚀时间下混凝土的力学性能。基于分形理论分析了试块及构件破坏时表面裂缝分布的分形特征,详细讨论了试块及构件表面裂缝分形维数与其侵蚀时间、抗压强度、极限承载力之间的关系。研究表明,PC和PLiC立方体抗压强度随侵蚀天数先增加后降低,在120 d达到最大;试块及构件破坏时表面裂缝分布具有分形特征,试块表面裂缝分形维数随侵蚀天数的增加呈现先增加后减少再增加的规律,随试块抗压强度的提高而减少;PC及PLiC混凝土大偏心柱极限承载力随侵蚀天数的增加先增加后减少,锂渣的掺入可以提高聚丙烯纤维混凝土柱的抗硫酸盐侵蚀能力,构件破坏时表面裂缝分形维数随硫酸盐侵蚀天数呈现震荡上升的趋势;因此混凝土表面裂缝的分形特征可作为判定构件损伤程度的指标之一,可为今后对在役混凝土结构承载力和寿命预测提供参考。      

巴西圆盘劈裂二维及三维数值模拟研究

为揭示巴西圆盘起裂模式的变化规律及其破裂演化过程,运用连续介质弹塑性分析开展巴西圆盘劈裂二维及三维数值模拟研究。通过开展二维模拟研究,探究压拉比及加载角对试样起裂破坏模式的影响;通过三维模拟研究,探究圆盘试样三维破裂面的形成及扩展过程。二维数值模拟结果表明,接触加载角及压拉比越大,巴西圆盘试样越容易发生中心起裂;端部起裂由剪切破坏引起,而劈裂裂纹进一步扩展则由张拉破坏驱动。三维数值模拟结果表明,初始起裂点位于三维圆盘端面,随加载角增大其逐渐向端面圆心移动;当圆盘发生端面中心起裂时,三维破裂面以弧形边界向试样内部发散扩展。无论圆盘试样发生中心起裂还是端部起裂,由于三维效应巴西劈裂试验可能都会低估岩石的抗拉强度。      

不同埋深灰岩岩爆倾向性及声发射特征试验研究

通过开展不同埋深灰岩的常规单轴试验,获取灰岩破坏过程中的应力—应变曲线和声发射时域特征参数。利用弹性能量指数W_ET、变形脆性指数K_ε和线弹性能W_e指标,判别不同埋深灰岩岩爆倾向性。通过分析灰岩破坏过程的声发射特征参量及其变化规律,建立了发生岩爆的前兆信息特征。结果表明：随着埋深梯度递增,岩石岩爆倾向逐级增强,当埋深达1 000 m以上时,灰岩具有强岩爆倾向;不同埋深灰岩受压破坏过程中声发射累计能量—时间变化曲线可划分为平稳、增长和破坏3个阶段,随着灰岩岩爆倾向逐级增强,岩爆破坏释放的能量越大;各埋深灰岩试样主频主要为90~180 kHz的低频带,同时中等和强岩爆倾向具有270~330 kHz高频率次主频;各埋深梯度下灰岩声发射能率分形特征与其内部裂隙演化规律具有一致性,不同埋深灰岩岩爆倾向性由弱到强的分维值演化模式按“升维—波动—降维”到“平稳—降维”演化。研究结果可为深部开采预警岩爆提供理论依据。