冲击载荷下岩石材料动态断裂韧性测试研究进展

岩石动态断裂韧性是岩石动力学的基本力学参数之一,也是评价岩石抵抗裂纹动态起裂和扩展性能的重要参数之一。随着采矿工程、岩土工程的不断发展,冲击动态载荷下岩石动态断裂韧性的研究也愈来愈为国内外岩土工程界所关注。综述了冲击载荷下岩石材料动态断裂韧性测试研究进展,主要介绍了冲击载荷下岩石动态断裂韧性测试技术研究成就及其优缺点,并就冲击载荷下岩石动态断裂韧性测试研究发展趋势给予展望。     

高强度钢动态冲击疲劳性能的研究与应用

对高强度钢ＨＱ－６０和ＨＱ－８０的动态冲击疲劳性能作了全面的试验研究，测定了两种材料的冲击疲劳性能曲线，即能量－寿命曲和和冲击疲劳下的裂纹扩展速度ｄａ／ｄＮ，以及动态断裂韧性ＫⅠｄ等。结合１５４ｔ电动轮自卸车的车架强度和寿命校核，提出了一种新的应用模型，为受冲击疲劳型载荷的零部件找到了一种实用的校核计算方法，具有普遍的推广应用价值。     

静载和动载下不同龄期混凝土力学特性的试验研究

利用杆径为75mm的SHPB试验装置对5种不同龄期下的混凝土分别进行了冲击压缩试验,系统了解了冲击载荷对不同龄期支护混凝土力学特性的影响。为了进行对比,利用INSTRON系统也进行了相应龄期下的静载压缩试验。试验研究表明：静载下混凝土强度、割线弹性模量随龄期增长而增长,其中强度增长主要集中在龄期7d以前,割线弹性模量增长则集中在龄期14d以后,而峰值应变随龄期增长整体上呈减小的趋势;动载下混凝土强度、峰值应变以及单位体积吸收能随着龄期增长而增长,在各个龄期都表现出对应变率具有一定的敏感性,其中不同龄期混凝土的动态强度随应变率增加呈现指数函数增长趋势。不同龄期的混凝土在动载下以拉伸破坏为主,静载下基本呈现剪切破坏形式。     

侧向冲击载荷作用下钢管混凝土梁动力响应的实验和理论研究

该文中对套箍系数分别为1、1.15和1.9的两端简支钢管混凝土梁在侧向冲击载荷作用下的动力响应进行了实验和理论研究。动载试验在DHR-9401落锤式冲击实验机上进行,实验中得到了试件破坏模态和冲击力时程曲线等特征量。进而基于实验研究结果,并考虑撞击时局部变形的影响,建立了局部变形和整体变形的关系,推导出钢管混凝土梁在低速冲击下整体变形的计算公式,其结果与实验结果较为吻合,并为临界破坏冲击能的计算提供了方法。     

不同形态铁素体试样低温断裂行为的研究

采用热模拟方法,模拟不同形态的针状铁素体、板条状铁素体和魏氏组织的试样,测定试样的断裂参量,发现不同形态伯铁素体具有不同的解理断裂应力σｆ,而且韧性高的σｆ也高;断口分析结果也表明,不同的铁素体具有不同的断口特征。低温下解理断裂的发生满足两个条件;切应力达到临界的切应力;正应力达到解理断裂应力。     

爆炸载荷作用下的岩石损伤断裂研究

岩石爆破机理是一个复杂的问题,目前理论研究还不是很成熟。根据以往经典固体力学方法解释岩石在爆炸载荷作用下的力学行为,是无法揭示岩石爆破破碎的全过程,也难以确定岩石内的损伤和破坏程度;采用细观力学方法可以深入了解岩石内部从损伤到破碎全过程。岩石爆破损伤断裂机理是由岩石爆破机理和岩石细观损伤力学理论组成的。本文在分析研究现有岩石爆破模型的基础上,指出了现有的岩石爆破损伤模型存在的不足及发展方向;并进行了水中爆炸实验,分析了激波对水泥试样的损伤特性。     

爆炸载荷作用下的岩石损伤断裂研究

岩石爆破机理是一个复杂的问题,目前理论研究还不是很成熟。根据以往经典固体力学方法解释岩石在爆炸载荷作用下的力学行为,是无法揭示岩石爆破破碎的全过程,也难以确定岩石内的损伤和破坏程度;采用细观力学方法可以深入了解岩石内部从损伤到破碎全过程。岩石爆破损伤断裂机理是由岩石爆破机理和岩石细观损伤力学理论组成的。本文在分析研究现有岩石爆破模型的基础上,指出了现有的岩石爆破损伤模型存在的不足及发展方向;并进行了水中爆炸实验,分析了激波对水泥试样的损伤特性。     

围压下岩石的冲击力学行为及动态统计损伤本构模型研究

采用改进后具有主动围压加载装置的f100mm 分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置,研究了斜长角闪岩在不同围压等级(0MPa~6MPa)和不同应变率(50s^-1~170s^-1)下的冲击压缩力学性能。试验结果表明：在相同围压下,斜长角闪岩的动态抗压强度随应变率的增加而近似线性增加,动态增长因子与应变率的对数呈近似线性关系,体现了显著的应变率相关性;在同等级应变率范围内,随着围压的增加,岩石的增强效果逐渐增强,显现出较强的围压效应。采用组合建模的方法,将统计损伤模型和粘弹性模型相结合,建立了基于Weibull 分布的动态损伤本构模型。验证发现,修正后的模型曲线和试验曲线吻合较好,表明所构建本构模型是合理的,可为进一步研究和工程应用提供一定的参考。     

不同荷载条件下型钢-钢纤维混凝土组合结构的界面失效机理研究

为了解决型钢混凝土结构中型钢与钢筋相互干扰、混凝土浇筑困难等施工难题,将型钢混凝土结构中的钢筋笼完全或部分替换成钢纤维,形成了型钢-钢纤维混凝土组合结构.完成了36个试件的推出试验和13个试件的四点弯试验,分别研究了型钢-钢纤维混凝土组合结构在轴心力与弯矩作用下的界面失效,分析了不同荷载条件下的内力传递与破坏机理.钢纤...     

热处理条件对30CrNiMoV钢力学性能的影响

研究了不同热处理条件对３０ＣｒＮｉＭｏＶ高强钢力学性能的影响。实验结果表明,淬火温度为８６０～９２０℃,回火温度为５５０～６００℃时,该钢的低温冲击韧性、断裂韧性和抗拉强度可获良好的匹配。疲劳裂纹扩展速率在稳定扩展区对组织结构不敏感,而在门槛区或近槛区,则对组织结构敏感。     

车轮钢动态断裂韧性研究

测试了R7车轮辐板的动态断裂韧性。结果表明,在温度较高条件下,动态断裂韧性K1d和总冲击能量Wt随温度的降低并未呈现相同的变化趋势;当试验温度降至约-20℃时,K1d和Wt呈现同步的趋势,此时,断裂以脆性断裂为主。该温度以下的总冲击能量可以用作评价R7车轮辐板动态断裂韧性优劣的主要技术参数。     

A FRACTURE MODEL TO STUDY THE EFFECT OF SPECIMEN SIZE ON DYNAMIC ENERGY RELEASE RATES

The aim of this research was to simulate the ability of a material to transfer energy to the tip of a rapidly propagating crack when varying the specimen geometry and other factors. For this study, a distributed mass spring model was used which could be hosted on a Personal Computer (PC) of the type now available in most fracture laboratories to capture and process experimental data. The distributed mass spring model was chosen because it was easy to reconfigure for different studies. Also, it could produce the required data in the same format as more powerful FE models and at a quality not dramatically less than FE models. A most useful feature of the model was the good visibility of the fracture processes it was able to represent.     

十字形钢管混凝土芯柱在不同约束条件下侧向冲击作用的动力响应分析

研究十字形钢管混凝土芯柱在侧向冲击作用下的动力响应与约束条件的关系。利用有限元分析软件ABAQUS对4根十字形钢管混凝土芯柱构件在侧向冲击作用下的动力响应进行了模拟和分析比较。通过构件的位移时程曲线可知,除悬臂构件的最大侧向位移出现在自由端外,其余构件最大侧向位移都出现在冲击部位。比较分析不同约束条件下构件的位移时程曲线可以总结出,随着约束的减弱,构件侧向位移随之增大。     

脉动冲击载荷对45钢磨损影响规律的试验研究

选用45钢进行了脉动冲击磨损及滑劝磨损试验，对脉动冲击磨损机理进行了初步探讨。指出，脉动冲击载荷下的磨损规律及磨损机理不同于一般的滑动磨损，脉动冲击磨损量受到硬度和载荷的交叉影响，其磨损机理主要有切屑犁沟、脆性剥落、韧性剥离及疲劳，而这几种磨损机理的存在与硬度、载荷密切相关。     

钢纤维增强水泥砂浆压剪联合冲击下动态剪切性能

基于唐志平等提出的剪切波跟踪技术(SWT),对钢纤维增强水泥砂浆进行了冲击速度40m/s~270m/s倾斜角为0~20°的斜撞击试验.研究结果表明,在此冲击速度下,材料处于损伤状态和由损伤状态向孔洞崩塌过渡阶段.此结果与聚丙烯纤维增强水泥砂浆的实验结果进行对比,发现钢纤维体积含量为0.5%时,对压缩性能的增强效果并不明显,但相应的剪切波速明显增加;当钢纤维体积含量为1%时对压缩性能和剪切波速均有较大的提高.由于钢纤维与水泥砂浆基体的强度相差太大,剪切强度有一定的改善,但数据较离散.同时通过对剪切结果分析表明,采用剪切波,尤其是卸载剪切波来探测脆性材料内部动态损伤非常有效.     

ND钢热管寿命试验及与碳钢热管对比实验研究

ＮＤ钢管是一种新的耐酸腐蚀性能较好的材料，可以用于锅炉低温段空气预热器，而用作为热管的管材，其与工质的相容性，使用寿命等问题还没有见到报道．本实验研究了ＮＤ钢热管的寿命及相容性问题，并与普通碳钢热管的性能及寿命作了对比实验，为ＮＤ钢应用于热管积累了经验和第一手资料，为设计提供了依据．     

不同应力路径下堆石料的动力变形特性试验研究

采用大型多功能静动三轴试验机,对堆石料分别进行了常规三轴循环加载、等p循环加载和等q循环加载三种不同应力路径下的动力变形试验研究,探讨了不同应力路径下围压﹑固结应力比及动应力比等因素对体应变和偏应变的影响规律及其变形机制。试验结果表明：在循环荷载作用下,不同应力路径对堆石料体应变和偏应变的发展规律影响较大;在等p循环加载作用下引起的往返体应变为负值,即发生剪胀现象,且在轴向剪切时达到最大剪胀值,反向剪切时基本不发生剪胀;在等q循环加载作用下产生较大的残余体应变和残余偏应变,两者均不可忽略不计,主要与堆石料的各向异性和颗粒破碎有关。     

不同加载速率下尼龙－6的断裂机制研究

研究了尼龙－６在不同加载速率下的断裂行为。断裂韧性出现了由加载速率引起的韧脆转化，断口形貌呈沿晶型，准沿晶型和延性的３种机制分别对应于脆性，低延性和高延性状态。提出了裂纹扩展的３种模式。采用断口形貌分析可以辅助研究高分子的形态结构     

冲击荷载作用下花岗岩动力特性试验分析

利用SHPB试验设备,研究花岗岩在不同冲击气体压力下的压缩力学性能,讨论岩石类材料的应力-应变特性和破坏过程。结果表明,花岗岩的平均应变率与冲击气体压力有明显相关性,在不同冲击压力下,应变率时间历程曲线明显不同;岩石的应力-应变曲线可分成初始压密、稳定变形、非线性弹性与破坏4个阶段,且冲击气压存在一个使岩石破碎效果明显的合理值;其破坏形式大多以沿轴向的劈裂破坏为主,但在较高的冲击气压作用下,岩石则呈压碎破坏形式。     

中锰奥氏体基耐磨钢的热处理工艺及性能研究

合理设计了中锰奥氏体基耐磨钢的成分,并选择合适的水韧处理３工艺来获得一种介稳的单相奥氏体组织,在此组织基础上进行了不同的等温热处理工艺,获得一定量的马氏体,以提高基体的初始硬度,又不恶化其冲击韧性,再通过与高锰钢（Ｍｎ１３）在同等式况条件下进行耐磨性模拟对比实验,来选择适合中锰钢在中、低冲击磨料磨损条件下使用的热处理工艺和组织。同时对试样进行了金相组织观察及力学性能测试。