一维动静组合加载下深部石英片岩破坏研究

为研究锡铁山铅锌矿深部石英片岩的力学特性,利用分离式霍普金森杆(SHPB)对埋深863¹ 264m的试样进行25、30、35MPa轴压下的一维动静加载实验,和采用LS-DYNA软件模拟了25、30、35、40、45、50 MPa轴压情况下的冲击实验。研究结果表明:在冲击作用下,试样的一维动态抗压强度和破坏所需的入射能随着埋深的增加而增加,并呈现出常见的压剪破坏模式;当轴压40MPa左右,埋深1 428m的岩石动态抗压值达到最大;当轴压低于40 MPa时,轴压的增大能加强试样的抗压能力;当轴压大于40MPa时,轴压的增加反而减弱了试样的抗压能力。     

冲击荷载作用下灰砂岩破坏过程及损伤数值模拟研究

为了定量表征灰砂岩在应力波作用下的损伤程度和直观的展现其破坏过程,利用LS-DYNA软件,采用HJC动态本构模型,对灰砂岩进行SHPB动态冲击数值模拟,根据灰砂岩的SHPB实验结果验证了模拟方法的准确性,采用微裂纹密度法来定义损伤变量D,对不同冲击速度(8 m/s、12 m/s、16 m/s、20 m/s)、不同轴压(0 MPa、17.66 MPa、35.32 MPa、52.98 MPa、70.64 MPa)下灰砂岩的损伤规律及破坏过程进行了数值模拟研究。数值模拟结果直观的展现了灰砂岩动态破碎过程:在无轴压作用下,灰砂岩破坏主要是由拉应变引起的劈裂破坏,在施加轴压作用下,灰砂岩的破坏形式主要以压剪破坏为主,两种破坏过程中岩石损伤都是由外向内延伸,且损伤变量D随着冲击速度和轴压的增加呈递增趋势。在有无轴压作用下,冲击速度由8 m/s增加到20 m/s过程中,其损伤变量D分别增加约0.168、0.249,可以看出轴压限制了损伤变量D的增加程度。     

爆破荷载作用下埋地钢管的动态响应实验研究

爆破荷载作用下埋地管道的动态响应问题是城市爆破施工中亟需解决的课题之一,具有重要的理论和现实意义。在理论分析的基础上,通过改变药量、爆心距、管道内压以及爆源埋深中某一参数对埋地无缝钢管进行现场爆破实验,其中药量为50~200 g,每次实验改变25 g共七次;爆心距分别为2.2 m、2.7 m和3.2 m;管道内压分别为0 MPa、0.2 MPa、0.4 MPa和0.6 MPa;爆源埋深分别为0.5 m、1 m、1.5 m和2 m。结果表明:在正常工作压力下钢管内径和管壁厚度的比值越大,管道容许压缩应变值越小;管道应变与比例距离成反比,随着比例距离增大,应变减小;并得出了在实验条件下的应变峰值与爆心距和药量计算公式。     

变埋深条件下混凝土中爆炸加速度的传播规律

为了研究混凝土中不同埋深爆炸冲击质点振动加速度传播规律,运用量纲分析和自由场实验相结合的方法并引入等效当量系数的概念得出C30混凝土不同埋深爆炸冲击质点振动加速度预估公式。研究结果表明：对于C30混凝土,当装药比例埋深为0.25 m/kg1/3≤h≤1.0m/kg1/3时,随着装药比例埋深的增加,爆炸冲击质点加速度峰值随之增大,但加速度随比例埋深的衰减规律基本一致;对于不同强度的混凝土触地爆（h=0m/kg1/3）,随着混凝土强度的增大,爆炸冲击质点加速度峰值随之增大,加速度衰减规律基本一致;给出了C30混凝土不同埋深爆炸冲击质点振动加速度精度较高的预估公式。     

三轴SHPB加载下砂岩力学特性及破坏模式试验研究

利用改造的三轴SHPB动静组合加载实验装置,对均质砂岩进行不同围压与不同应变率下三轴冲击压缩试验,作为对比利用RMT - 150C试验机也进行了部分准静态下三轴压缩实验.根据实验结果,分析围压对砂岩动态冲击性能的影响,并讨论冲击过程中岩石的破坏模式.研究结果表明,在围压一定情况下,岩石的动态压缩强度随应变率的提高而提高;在应变率相同情况下,岩石的动态压缩强度与弹性模量会随着围压的增大而增大.岩石发生破坏的临界入射能,随着围压的增大而增大.岩石单位体积吸收能与应变率之间呈线性递增关系,且递增的程度随围压的增加而增加.三轴冲击加载下,应变率较低时岩石内部形成压剪破裂面但整体不失稳,应变率很大时岩石破碎形成锥形块体形式.     

围压卸荷条件砂岩动静组合加载碎块分维特性

利用带轴向静压和主动围压加载装置的分离式霍普金森压杆试验设备,研究了砂岩试样在不同轴向静载等级(0MPa~72MPa)、不同冲击能量下的动态力学特性,结合分形理论和能量原理,分析高应力试样破裂块度分布规律及其能量的相关性。试验结果表明:在轴向静载一定的情况下,砂岩试样的动态压缩强度随冲击能量的增大而提高;试样发生临界破坏,冲击能量随轴向静载的增大出现先增加后减小,试样破坏形态由中心破裂向更为复杂的压剪破裂转变;在较高轴向静载下,碎块分维数与冲击能量之间呈现非线性递增关系,表明较小的冲击能量有助于诱发高轴向静载储能释放,提高砂岩试样破碎程度。     

三轴SHPB加载下砂岩力学特性和破坏模式的试验研究

利用改造的三轴SHPB动静组合加载实验装置,对均质砂岩进行了不同围压和不同应变率下的三轴冲击压缩试验,作为对比利用RMT-150C试验机也进行了部分准静态下的三轴压缩实验。根据实验结果,分析了围压对砂岩动态冲击性能的影响,并重点讨论了冲击过程中岩石的破坏模式。研究结果表明,在围压一定的情况下,岩石的动态压缩强度随应变率的提高而提高;在应变率相同的情况下,岩石的动态压缩强度和弹性模量会随着围压的增大而增大。岩石发生破坏的临界入射能,随着围压的增大而增大。岩石单位体积吸收能与应变率之间呈线性递增关系,而且递增的程度随着围压的增加而增加。三轴冲击加载下,应变率较低时岩石内部形成压剪破裂面但整体不失稳,应变率很大时岩石破碎形成锥形块体形式。     

鄂西炭质页岩动态拉伸力学特性试验研究

为探索湖北省西部地区郑万高铁湖北段苏家岩隧道炭质页岩段围岩动态拉伸力学特性，从而为层状岩体地层隧道爆破破岩机理研究提供依据，采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置，同时借助高速摄像及数字图像相关技术(DIC),开展0°、30°、45°、60°和90°共5种不同冲击角度(冲击加载方向与试样层理面夹角)下鄂西炭质页岩动态巴西劈裂试验，每个冲击角度工况采用0.1 MPa、0.2 MPa及0.3 MPa共3种冲击气压进行动态加载来达到不同冲击速率，以研究冲击角度和冲击速度对炭质页岩动态抗拉强度及动态拉伸破坏模式的影响规律。研究结果表明：不同冲击速度下，随着冲击角度增加炭质页岩动态抗拉强度整体呈现出先减小后增大的趋势，且冲击角度为30°时最小，冲击角度为90°时最大，页岩动态抗拉强度呈现出显著的各向异性特征，且随着冲击速度增加页岩动态抗拉强度各向异性程度也随之降低；随着冲击速度增加，炭质页岩动态抗拉强度均相应增大，且动态抗拉强度与冲击速度具有显著的线性关系；此外，冲击角度和冲击速度均对页岩动态拉伸破坏模式有较大的影响。     

高温与冲击耦合作用下双钢管混凝土柱动态响应数值模拟研究EI北大核心CSCD

为研究双钢管混凝土(concrete-filled double-tube,CFDT)柱在高温下的抗冲击性能,利用ABAQUS有限元软件建立CFDT柱在高温与冲击耦合作用下的有限元模型,考虑材料的温度软化、应变率强化效应以及轴力的影响,并通过已有CFDT柱的火灾试验和常温下侧向冲击试验进行了分段验证。在此基础上,从冲击力、跨中位移、荷载分布情况与损伤演化等方面分析了不同温度下CFDT柱的抗冲击动态响应,并考虑了不同截面形式、轴压比、冲击速度和混凝土强度对CFDT柱抗冲击性能的影响。研究结果表明,在高温与冲击耦合作用下,CFDT柱主要呈现弯曲破坏,随着温度升高,CFDT柱抗冲击性能和抗弯承载力逐渐降低。CFDT柱的耐火极限是普通钢管混凝土柱的2.1倍。轴力对CFDT柱抗冲击性能产生不利影响,当轴压比从0增加到0.6,高温800℃时构件冲击力平台值下降了32.4%;混凝土强度对高温下CFDT柱抗冲击性能有显著影响,高温800℃时混凝土强度由40 MPa增加到60 MPa,构件冲击力平台值提高了22.8%。     

双马树脂基复合材料低速冲击响应及冲击后压缩行为研究EI北大核心CSCD

制备了新型聚醚砜(PES)点阵附载U3160的ES^(TM)-fabric织物,PES附载量分别为15(ES-15),25(ES-25),35(ES-35)g/cm^(2)。采用RTM工艺制备了ES^(TM)-fabric织物增强双马来酰亚胺树脂(牌号:6421)基复合材料(ES^(TM)-fabric/6421),对其进行动态力学热分析(DMTA),还进行了冲击阻抗及冲击后压缩性能研究,并利用荧光显微镜分析其增韧机理,同时研究对比了未增韧U3160织物增强6421树脂基复合材料(ES-0)的性能。DMTA分析结果显示,ES-0仅有一个源于BMI基体树脂的玻璃化转变温度(T_(g)),增韧后复合材料出现了两个T_(g):191~195℃的松弛峰源于增韧剂PES,230~250℃的松弛峰源于BMI基体树脂。低速冲击结果显示,ES-0试样的初始损伤载荷(DTL)降低非常显著。增韧复合材料的DTL远高于ES-0试样,且与最高峰值载荷相同;随着增韧剂增多,DTL增大,冲击损伤面积减小。荧光显微结果显示:ES-0试样的冲击损伤以分层破坏为主。增韧复合材料在压头下方产生了大量层内和层间基体裂纹,且冲击背面的铺层破裂更加严重,其锥形冲击损伤范围要小于ES-0试样。ES-0试样的冲击后压缩强度(CAI)为144.66 MPa,增韧复合材料ES-15,ES-25和ES-35的CAI值分别依次增大为205.85,265.74 MPa和275.14 MPa。ES-0试样经冲击后压缩破坏后结构中出现了大量分层,结构无显著的劈裂;ES-15试样存在大量的纤维铺层劈裂及显著的基体裂纹;ES-25试样和ES-35试样以铺层剪切破坏为主,这些损伤会吸收大量能量,从而导致高的CAI值。     

冲击作用下含水煤样能量吸收和耗散规律及本构关系研究

煤层注水是综放开采回采巷道预防冲击地压的主要措施之一。为了研究含水煤样动态力学性质和力学参数,利用霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对不同含水率的圆柱形煤样进行单轴冲击压缩试验,研究含水率和冲击速度对煤样动态应力-应变曲线、动态力学参数以及耗散能变化规律的影响。研究结果表明：(1)煤样动态力学参数与冲击速度和含水率有关。当煤样含水率一定时煤样动态抗压强度、动态弹性模量与冲击速度成正相关;而冲击速度一定时煤样动态抗压强度、动态弹性模量与含水率成负相关;(2)在冲击过程中煤样的损伤耗散能直接反映煤样中微裂隙发育程度,随着冲击时间的增加,煤样损伤耗散能增大,煤样坍塌破坏时损伤耗散能达到最大值。当含水率一定时煤样破坏耗散能与冲击速度成正相关;而冲击速度一定时煤样破坏耗散能与含水率成负相关;(3)损伤因子定义为煤样损伤耗散能与破坏耗散能的比率。基于煤样单轴冲击压缩试验结果,建立了煤样损伤体-黏弹性本构模型和本构关系,对不同含水率煤样动态应力-应变试验曲线进行理论拟合,理论拟合曲线与试验曲线拟合度高,因此理论曲线可用来表示单轴冲击压缩煤样的应力-应变关系。研究结论为冲击地压矿井深孔煤层注水预防冲击...     

普通混凝土HJC本构模型参数确定

Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型广泛应用于冲击爆炸作用下混凝土类材料的动态响应分析中。基于已有普通混凝土(单轴抗压强度≤60 MPa)的准静态单轴压缩实验、三轴围压实验、一维SHPB实验和一维平面应变Hugoniot冲击压缩实验数据,确定了一组适用于不同强度普通混凝土材料HJC本构模型的强度参数、率效应参数和状态方程参数取值。基于上述确定参数值通过LS-DYNA有限元分析软件,对十五组普通混凝土(单轴抗压强度13.5~58.4MPa)靶体的刚性弹体侵彻贯穿实验进行了数值模拟。通过与实验中弹体侵彻深度,贯穿残余速度以及弹体过载和靶内径向应力时程结果对比,验证了所确定模型参数的准确性。     

爆破振动对不同埋深采空区稳定性影响研究

采空区在爆破振动荷载作用下极易发生坍塌事故,研究爆破振动对不同埋深采空区稳定性的影响规律对确保采空区安全具有重要意义。结合工程实际,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA分别建立了10 m、15 m和20 m不同埋深的采空区爆破数值模型,模拟分析了采空区在爆破荷载作用下的动态响应规律。分析结果表明:当采空区埋深为10 m时,其顶板的水平方向振速为23.41 cm/s,大于采空区中部及底板位置的振速,主要原因是爆破地震波在采空区顶板处发生反射和折射,使其振速发生叠加放大,随着采空区埋深的增加,其顶板的水平方向振速由23.41减小至16.94 cm/s,呈现出明显的衰减作用;爆破振动作用下采空区的顶板位置出现了拉应力集中现象,导致其应力远大于采空区其他位置,且当采空区埋深为10 m时,其顶板处的有效应力达到1.1 MPa,超过了岩体的极限抗拉强度,随着采空区埋深的增加,其顶板处单元的有效应力由1.1 MPa减小至0.25 MPa,呈现出明显的下降趋势。     

高应变率下砂岩的动态力学性能研究

利用直径30 mm的分离式霍普金森压杆,对不同弹速下砂岩试样进行巴西圆盘劈裂实验,研究砂岩在高应变率下的动态抗拉强度及试样的破坏模式,得到了砂岩的动态抗拉强度随着应变率的提高而增加。其中,在应变率小于316/s时,动态抗拉强度随着应变率的增加而大幅增大,在应变率高于316/s时,动态抗拉强度随着应变率的增加而平缓的增加。考虑了压杆撞击速度及试样尺寸对试样的破坏时刻、应变率的影响,通过试样表面贴应变片观测发现试样是由中心向两端发展的起裂顺序。同时,利用ANSYS-LYDYNA有限元对巴西圆盘试样的动态应力分布进行数值模拟,验证了动态劈裂拉伸实验的有效性。     

反复一维冲击下钙质砂动力特性SHPB试验研究EI北大核心CSCD

南海岛礁建设桩基工程面临钙质砂地层问题,利用改进的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置研究钙质砂在反复冲击荷载作用下的动力特性。共进行28次反复一维冲击试验,得到钙质砂和石英砂的应力-应变、一维压缩特性以及吸能效率曲线,以探讨反复一维冲击荷载作用下冲击次数、含水率和相对密实度等因素对两种砂样动态力学响应的影响。结果表明:钙质砂由于颗粒形状和矿物组成的不同,其动态表观模量(动刚度)在首次冲击以及反复冲击多次后都约为石英砂的10%;随着反复冲击的进行,两种砂样不断密实,表现为刚度增大、可压缩性减弱;首次冲击下钙质砂和石英砂的屈服应力分别约为3.20 MPa和9.33 MPa,此后颗粒开始大量破碎,压缩指数分别约为0.87和0.41,反复冲击后两种砂样的屈服应力分别增加到6.14 MPa和12.54 MPa;钙质砂的吸能效率高于石英砂,不同含水率和不同相对密实度钙质砂样吸能效率在多次冲击后趋于接近。     

路旁地下光缆受冲击压路机振动影响的数值分析

冲击压路机施工振动对路旁地下光缆有何影响,尚没有明确的实验及理论定论,制约了冲击压实技术在埋设地下光缆路段的应用。为了解决这个问题,基于实际工程参数,根据有关假设,模拟冲击压实施工多周期加载模式,建立三维有限元模型,利用ANSYS软件对路面附近不同埋深的光缆在冲击压路机施工时受到的振动影响进行数值分析,结果表明冲击压实施工对埋深60cm的光缆影响不大,当光缆的埋设位置由原来位置向路面板方向靠近时,冲击压实施工对光缆产生的影响逐渐变大,在基层底部向上0.1m处和基层底部向上0.14m处Z方向压应力和X方向拉应力分别达到允许值,对光缆造成破坏     

比压对液态模锻铍青铜件组织和性能的影响

目的 针对先铸坯再模锻方法工艺流程长、能耗高、成本高的缺点,将液态模锻工艺应用于铍青铜件的成形制造中,以提高零件的成形质量、降低成本和能耗。方法 在工业生产条件下,对比研究了主要工艺参数比压对液态模锻铍青铜件试样拉伸性能、冲击性能、硬度及晶粒特征的影响规律。结果 当液锻比压从40 MPa提高至80 MPa时,液锻铍青铜的晶粒尺寸可以细化至65 μm以下,抗拉强度提高了150 MPa,伸长率由20%提高至40%,硬度和冲击韧性分别提高了35HBW和20 J/cm²。结论 液锻比压是影响铍青铜液锻件组织和性能的关键因素,随着液锻比压的增大,液锻铍青铜件晶粒被显著细化,强度、塑性、硬度和冲击韧性均得到显著提高。     

温度与含水率对砂岩动静态力学特性影响研究

为研究含水率、温度对砂岩力学特性的影响机理,以灰砂岩为研究对象进行不同温度(20、-20、-30℃)和不同含水率(0%,20%,100%)状态下的岩石单轴压缩(UCT)和动态冲击试验,并对压缩破坏后试件的破裂断口形貌进行SEM扫描分析。结果表明：在20℃,随着含水率的增加,试块的静态抗压和动态冲击强度在降低;-20℃和-30℃情况下试块的静态抗压和动态冲击强度会随着含水率的增加,呈现先增长后下降的趋势;而在同一含水率的情况下,随着温度的降低,试块的峰值应力逐渐增大,即抗压强度会逐渐增强;依据单轴压缩破坏后的试件,得到宏观破裂模式可分为拉张型破裂、剪切型破裂和滑移型破裂;通过SEM扫描试件,得到了微观破裂类型主要分为拉张和剪切滑移两种。研究结果可为低温环境下岩石力学工程设计、施工提供参考。     

钢纤维混凝土动态压缩性能及全曲线模型研究

对钢纤维含量分别为0%、1%、2%、4%、6%的C30和C40混凝土进行了常三轴动态压缩试验,C30混凝土试件围压值为0MPa、6MPa、9MPa、12MPa、18MPa、24MPa,C40混凝土试件围压值为0MPa、8MPa、12MPa、16MPa、24MPa、32MPa;试验过程中采用位移控制模式下的正弦波分级加载。在此基础上,进行了应力-应变全曲线表达式的选择与分析,并对各材料参数与诸因素间的相关性进行了分析。结果表明:1)通过对Ezeldin等提出的钢纤维混凝土静态荷载作用下的应力-应变全曲线公式进行β参数修正,使得该模型可以很好地描述钢纤维混凝土在动态常三轴压缩作用下的应力-应变全曲线关系;2)纤维含量对C40混凝土的动态抗压强度的改善作用比对C30混凝土显著,但受压状态下纤维含量对提高混凝土动态强度总的幅度较小;3)混凝土动态峰值应力对围压大小较敏感,C40混凝土的敏感性对C30混凝土有所下降,峰值应变与诸因素的相关关系基本上与峰值应力相同;4)在动态荷载作用下钢纤维混凝土的割线弹性模量、钢纤维含量与割线模量间的相关性,均表现为C40混凝土比C30混凝土要高;5)围压与纤维含量对混凝土材料的受压状态下的韧度指数ncmax不产生太大影响。     

冲击荷载作用下改良水泥-粉煤灰试样力学特性研究

为探究石膏和石灰改良水泥-粉煤灰在冲击动载下的力学特性,采用了分离式霍普金森压杆(SHPB)对不同养护龄期和不同配合比下的改良水泥-粉煤灰试样进行冲击试验。研究了相同冲击荷载作用下试样的破坏特征和动态力学特性,并重点分析了动态抗压强度(DCS)与养护龄期和石膏、石灰掺量之间的关系。试验结果表明:随着试样龄期的增加,石膏改良水泥-粉煤灰的脆性逐渐增强,而石灰改良水泥-粉煤灰的试样总体偏延性;随着固化剂掺量的增加,石膏改良试样强度呈现出先增长后降低的趋势,掺量为6%时,DCS达到峰值,早期石灰改良试样强度表现为先上升后降低,而后期呈现出持续上升的趋势并在掺量为12%时,90 d DCS达到最大值14.36 MPa。