单轴压缩下含裂隙盐岩力学特性颗粒流研究

为了研究盐岩在裂隙和孔洞等缺陷下的损伤闭合行为,对盐岩试样进行室内单轴压缩试验,建立含孔洞-裂隙组合下的数值模型。结果表明：当岩盐试样保持完整(没有缺陷)时,其峰值强度随着加载速率的增大而增大,符合幂指数函数关系,其弹性模量也随之增大,符合线性函数关系;缺陷的存在降低了盐岩的峰值强度,在加载的过程中裂隙会出现闭合,在闭合后的裂隙附近萌生微裂纹,逐渐扩展、贯通形成主裂纹,造成试样的破坏;在轴向力的作用下,不同倾角裂隙闭合程度有所差异,90°倾角下的裂隙基本不会出现闭合行为;圆孔孔洞的存在直接影响裂纹萌生的位置,且围绕在圆孔周围的不同倾角裂隙对圆孔的闭合不产生显著影响。     

局部荷载下含孔洞多孔介质裂纹扩展量化分析

采用高清数码摄像机和红外热成像仪对局部荷载作用下含中心孔洞多孔介质试件的裂纹扩展规律进行了较系统的试验研究和理论分析.试验结果表明:局部荷载作用下含中心孔洞多孔介质试件裂纹扩展是加载条件和宏观中心孔洞耦合作用的结果,裂纹扩展路径受其主导作用,而由天然细观孔洞引起的非均质性的影响作用则占据从属地位;均布荷载条件下,孔洞周边形成拉、剪应力区,且裂纹由此起裂,孔洞是引起应力集中的主导因素,但随着加载面积的改变,孔洞的主导地位被颠覆,应力集中强弱顺序发生突转,起裂位置由孔洞周边转向荷载临界处,形成的裂纹也均出现在载荷作用范围内的区域;随局部荷载的增加,初始裂纹的尺度(裂纹宽度和长度)不断增加,且裂纹的发展方向出现明显的非平直化趋势,试件受到的局部加载效应越显著,裂纹尺度变化的越快、发展方向变化的越剧烈.     

单轴压缩下充填正交裂隙花岗岩强度及裂纹扩展演化

为研究充填材料类型对裂隙岩石力学特性及裂纹扩展演化的影响特征,对含充填正交裂隙花岗岩板状试样进行单轴压缩试验.结果表明:与单裂隙试样相比,含充填正交裂隙试样峰值强度和弹性模量明显劣化,劣化幅度分别为17.45%~39.19%和9.64%~27.42%.随充填材料强度的增加,充填试样峰值强度和弹性模量均逐渐增大.充填类型对试样次生裂纹的起裂形式影响显著,充填材料强度较低时,试样首先在充填物与次裂隙的交界面发生"脱黏"现象,然后由次裂隙外侧尖端开始起裂,而充填材料强度较高时可抑制次裂隙尖端裂纹萌生,试样初始破坏表现为主裂隙尖端的拉裂纹扩展.充填材料强度越大,充填试样的起裂应力越接近峰值强度,起裂应力水平越高.获得了充填试样轴向应力-应变曲线与次生裂纹扩展的实时关系,表明每一次较大的应力跌落均对应一条次生裂纹的萌生和扩展.     

含单个孔洞大理岩裂纹扩展细观试验和模拟

采用扫描电镜实时观测系统,对含单个孔洞大理岩进行了单轴压缩试验,实时观测了大理岩加载过程中裂纹的萌生、扩展、演化和贯通特征,获得了不同应力下大理岩裂纹扩展过程,试验结果表明:大理岩裂纹首先在孔洞周边的拉伸应力集中区域产生,随后沿加载方向或晶粒边界逐渐向试样端部或边界薄弱部位扩展.考虑岩石材料非均质性,采用岩石破裂过程分析系统,进一步对两种非均质岩样进行了数值模拟分析,模拟结果再现了两种晶粒大理岩试验过程中裂纹的扩展特征.试验和模拟得到的裂纹扩展规律吻合较好,非均质性(晶粒及其尺寸)对岩样中裂纹扩展特征具有较大的影响.     

真三轴压缩下大理岩强度、变形与损伤特征数值

为研究真三轴条件下岩石的力学行为,采用离散元颗粒流程序,探析不同应力路径下大理岩试样的变形破坏过程、微裂纹演化机制及其中间主应力效应。结果表明：平行黏结模型能较准确地反映大理岩真三轴压缩下力学特性和破坏模式;中间主应力对峰值强度、弹性模量、破坏角和破坏模式演变的影响较为显著;八面体理论可较好地拟合出大理岩真三轴压缩中的破坏应力,所得的破坏强度包络线具有明显线性特征;结合应力-应变曲线形状,该大理岩在压缩过程中裂纹扩展可划分为4个阶段,即线弹性阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹非稳定扩展阶段及峰后破坏阶段;随着中间主应力增大,应力-应变曲线峰后段的脆性破坏特征变强,试样从拉伸破坏向拉剪混合破坏转变,且中间主应变符号由拉转向压,岩石损伤演化与中间主应力间呈现出“对勾”型趋势。     

共振态下阻尼硬涂层对叶片疲劳裂纹扩展延缓效应的研究（英文）

本文提出采用大气等离子喷涂NiCrAlY阻尼硬涂层的方法来抑制叶片的裂纹扩展。首先,分别对无涂层和带涂层叶片试验件开展共振疲劳测试。结果表明,阻尼硬涂层具有一定的裂纹修复和扩展延缓能力。然后,建立了含裂纹叶片试验件的有限元模型,并通过对比叶片试验件固有频率随裂纹扩展的变化验证了该有限元模型的有效性。进一步引入裂纹扩展模型并获得了无涂层和带涂层叶片试验件在不同裂纹扩展阶段的裂纹尖端应力强度因子,揭示了阻尼硬涂层延缓裂纹扩展的机理。最后,给出了不同条件下叶片试验件的裂纹扩展曲线,并讨论了涂层参数厚度、涂层弹性模量和涂层密度对裂纹扩展速率的影响,还分析了涂层施加阶段对裂纹扩展的影响。进一步讨论了裂纹深度和裂纹角度对裂纹扩展的影响,这有助于优化涂层布局。实验和数值分析结果表明,阻尼硬涂层可以有效地延缓叶片裂纹扩展,是一种实用的延缓裂纹扩展技术。     

SBR乳液改性水泥砂浆断裂性能

通过对带有切口的砂浆试样进行三点弯曲试验测试,得到了掺量为0-18%的SBR(styrene-butadiene rubber,简称SBR)乳液改性水泥砂浆荷载-变形曲线及相应裂缝嘴张开位移(CMOD),并通过理论计算得到了不同掺量下改性水泥砂浆的有效裂纹长度(αeff)、临界应力强度因子(KSIC)及裂纹尖端张开位移(CTOD)等断裂特征参数.结果表明:SBR乳液改性水泥砂浆的临界荷载、相应变形及裂缝嘴张开位移随着乳液掺量的增加而增大,临界荷载随乳液掺量的增加仅增加13.4%,而变形及裂缝嘴张开位移则分虽增加了68.4%和64.5%;裂缝嘴张开位移、有效裂纹扩展长度、临界应力强度因子及裂纹尖端张开位移等则随着乳液掺量的增加呈指数增加;采用裂纹尖端张开位移较裂缝嘴张开位移更能体现出SBR乳液对砂浆作用效果的差异性.     

局部荷载下煤样内部微结构及表面裂隙演化规律

为了研究局部荷载下原煤与型煤试样内部微结构与表面裂纹的演化规律,开展了不同加载面积下原煤与型煤试样的压缩试验,得到了加载过程中试样超声波波速值与表面裂纹变化的实时图像,基于定义的损伤因子与分形理论,研究了原煤与型煤试样局部荷载下损伤演化规律的异同性.结果表明:局部荷载下2种试样的应力-应变曲线均具有典型的阶段性特征,且原煤试样压密阶段的变形大于型煤试样,2种试样抗压强度随加载面积的增大呈线性增加关系;与原煤试样相比,单轴压缩条件下的型煤试样超声波波速曲线缺少最初的加载强化阶段,仅包含加载弱化区和加载失稳区2个阶段;局部荷载不改变煤样损伤的3阶段特征,只是缩短各阶段持续时间;局部荷载下原煤试样表面裂纹的扩展方向与加载方向近似平行,且主控裂纹基本位于加载区与非加载区交界面区域;型煤试样表面裂纹扩展方向与加载方向成一定角度,且裂纹均处于加载区;局部荷载下2种煤样表面裂纹均具有明显的分形特征,且原煤表面分形维数与应变之间呈三次函数规律,型煤表面分形维数与应变之间呈二次函数规律,2种试样临近破坏时刻表面分形维数与加载面积均呈二次函数规律.     

橡胶球铰疲劳裂纹扩展寿命预测

通过橡胶纯剪试样疲劳裂纹扩展试验,得出了裂纹扩展速率与撕裂能之间的关系;以单位撕裂能范围为损伤参量,建立了复杂应力状态下的橡胶疲劳裂纹扩展寿命预测模型.基于ABAQUS有限元结构分析和橡胶材料等效应力计算方法,得出橡胶球铰在疲劳载荷下的单位撕裂能范围;对橡胶球铰的疲劳裂纹扩展寿命进行分析预测,并通过产品台架疲劳实验进行验证,结果表明橡胶球铰经过200万次疲劳试验后无明显裂纹,没有发现失效破坏,与寿命预测值基本吻合.     

杆模型的平流层飞艇蒙皮撕裂扩展分析

针对飞艇高强纤维增强型蒙皮材料,研究预制裂纹切口蒙皮的撕裂扩展行为,以纱线单元为基础,借助杆模型,考虑纱线结点的粘合力、经纬向纱线脱胶滑移时的摩擦力,从细观结构分析裂纹切口的扩展机理,并建立裂纹切口扩展的力学模型.结合拉伸撕裂试验,采用不同长度、不同位置及不同角度的预制裂纹切口蒙皮试样进行试验,以获得裂纹扩展撕裂值.最后用Matlab对裂纹切口蒙皮试样撕裂进行仿真,获得了所建模型的撕裂仿真值.试验所得裂纹切口蒙皮的撕裂值与仿真值基本吻合,验证了所建模型的适用性,为平流层飞艇蒙皮材料的抗撕裂性能设计提供基础研究.     

干缩裂缝对木梁承载力的影响

制作了4组带有不同深度纵向干缩裂缝的木梁进行三分点加载试验,观察试验现象并记录极限承载力。根据试验现象,结合有限元应力分析和木材双折线顺纹本构模型,推导出木梁由受弯破坏变为顺纹剪切破坏的裂缝临界指标,以及相应的极限承载力计算公式,并将推导所得承载力公式归纳简化成承载力下降系数曲线。将试验数据代入后,发现试验现象符合临界指标的判定,且根据承载力下降系数曲线得到的极限承载力理论值与试验值相符。     

钢纤维混凝土深梁试验研究与非线性有限元分析

采用试验研究与非线性有限元模拟计算相结合的方法,研究钢纤维混凝土深梁的受力性能,包括在静力荷载作用下的开裂荷载及极限承载力等,将有限元分析结果与试验结果进行对比分析,结果表明,钢纤维的掺入,能提高混凝土深梁的开裂荷载及极限承载力,并且能有效地抑制结构裂缝的开展;只要合理选用单元类型、参数模型及收敛准则,混凝土结构非线性有限元分析可以取得令人满意的结果。     

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。     

Propagation and Coalescence of Blast-Induced Cracks in PMMA Material Containing an Empty Circular Hole Under Delayed Ignition Blasting Load by Using the Dynamic Caustic Method

In this paper, dynamic caustic method is applied to analyze the blast-induced crack propagation and distribution of the dynamic stress field around an empty circular hole in polymethyl methacrylate (PMMA) material under delayed ignition blasting loads. The following experimental results are obtained. ① In directional-fracture-controlled blasting, the dynamic stress intensity factors (DSIFs) and the propagation paths of the blast-induced cracks are obviously influenced by the delayed ignition. ② The circular hole situated between the two boreholes poses a strong guiding effect on the coelesence of the cracks, causing them to propagate towards each other when cracks are reaching the circular hole area. ③ Blast-induced cracks are not initiated preferentially because of the superimposed effect from the explosive stress waves on the cracking area. ④ By using the scanning electron microscopy (SEM) method, it is verified that the roughness of crack surfaces changes along the crack propagation paths.     

Effect of vertical load difference on cracking behaviors in multistory masonry buildings and numerical simulation

To investigate the causes of cracks in multistory masonry buildings, the effect of vertical load difference on cracking behaviors was investigated experimentally by testing and measuring the displacements at the testing points of a large sized real masonry U-shaped model. Additionally, the cracking behaviors in U-shaped model were analyzed with shear stress and numerical simulated with ANSYS software. The experimental results show that the deformation increases with the increase of the vertical load. The vertical load results in different deformation between the bearing wall and non-bearing wall, which leads to cracking on the non-bearing wall. The rapid deformation happens at 160 kN and cracks occur firstly at the top section of non-bearing wall near to the bearing wall. New cracks are observed and the previous cracks are enlarged and developed with the increase of vertical load. The maximum crack opening reaches 12 mm, and the non-bearing wall is about to collapse when the vertical load arrives at 380 kN. Theoretical analysis indicates that the shear stress reaches the maximum value at the top section of the non-bearing wall, and thus cracks tend to happen at the top section of the non-bearing wall. Numerical simulation results about the cracking behaviors are in good agreement with experiments results.     

交联剂浓度与聚氨酯涂层织物梯形撕裂强力的相关性研究

探讨了聚氨酯涂层中交联荆浓度与涂层织物的梯形撕裂强力及其他机械性能之间的关系.试验数据经SPSS分析,交联剂浓度仅对涂层织物的撕裂强力有显著影响,但没有明显的递增或递减规律,而对断裂强力、弯曲刚性及断裂伸长率没有显著影响.采用适宜的交联剂浓度可以适度控制涂层织物的梯形撕裂强力.     

C60全珊瑚海水钢筋混凝土梁的抗剪性能与计算模型

为研究全珊瑚海水钢筋混凝土梁(coral aggregate reinforced concrete beam,CARCB)的抗剪性能和计算模型,设计了7根不同种类钢筋的CARCB,通过对其进行斜截面抗剪性能试验,研究了钢筋种类对CARCB的变形及抗剪承载能力的影响,建立了弯矩-跨中挠度、荷载-钢筋应变、荷载-裂缝宽度的关系,提出了CARCB斜截面抗剪承载力的计算模型.试验结果表明:不同种类钢筋CARCB的正截面开裂荷载和抗剪承载力规律均为316不锈钢普通钢筋锌铬涂层钢筋有机新涂层钢筋;CARCB中普通钢筋发生了严重锈蚀,使其刚度出现了一定程度的退化;不同种类钢筋的CARCB,其裂缝宽度均随着荷载的增大而增长,加载初期,在梁跨中附近出现正截面弯曲裂缝,裂缝宽度开展非常缓慢,随着荷载的增加,在支座向集中力作用点处出现斜裂缝,斜裂缝宽度迅速增大,最终导致梁破坏;最后,综合考虑钢筋锈蚀和高强混凝土对CARCB抗剪承载力的影响,提出了更加合理的CARCB抗剪承载力计算模型.     

自锚式悬索桥主缆锚固区空间应力分析

目的对典型的锚固区局部节段进行分析,以解决自锚式悬索桥主缆锚固区结构复杂,平面杆系程序无法把握锚固区复杂受力状态的问题,为桥梁设计和施工提供参考依据．方法运用MIDAS／FEA建立浑河景观桥锚固区局部有限元模型,分析最不利索力设计值下的局部应力状态及不同荷载下的极限承载力．结果锚固区在主缆索力T=50000kN作用下,产生的最大位移为4．91mm;锚垫板的索孔周围的von Mises应力在110MPa左右．随着荷载的增加,锚固区von Mises应力不断增大．当索力为设计荷载的3．5倍时,锚固区各板件的应力均达到了468MPa以上,位移最大值为24mm．结论主缆锚固区各构件的刚度和强度均满足要求,锚固区的极限承载力为设计荷载的3．5倍,结构的安全系数较高．     

基于室内结构试验的半刚性基层开裂数值仿真

为获得半刚性基层沥青路面结构的力学参数并分析其变化规律,设计并修建了大尺度半刚性基层沥青路面结构室内试槽,采用逐级加载方法进行结构内部应力、应变和模量的分层检测与试验.在试验数据的基础上,建立道路三维有限元模型,验证模型正确后进行了承载板数值仿真试验,分析了超载引起的半刚性基层开裂位置、起裂荷载、裂缝状态、应力强度因子和裂缝类型等问题.结果表明:当交通荷载超过起裂荷载时基层裂缝开始出现,沿路面横向基层层底靠近承载板中轴线位置的单元首先开裂,裂缝在行车荷载作用下进一步向上扩展而形成基层横向裂缝;半刚性基层荷载型开裂主要以I型张开型裂缝为主,应力强度因子大小取决于施加的荷载大小、裂缝长度和模型几何尺寸,应重点从合理设计基层厚度、改进基层材料性能和严格控制超载几个方面减少半刚性基层裂缝的产生.