煤块冲击破碎粒度的分形特征

煤块冲击破碎后的粒度分布具有分形特征,根据分形理论建立了煤块冲击破碎粒度的分形模型,对不同矿区的煤块进行冲击破碎试验。在不同试验条件下对冲击破碎后煤块的筛下质量累积概率进行函数拟合,拟合结果表明分形模型能够很好地描述煤块冲击破碎后的粒度分布特征,粒度分形维数是评价煤块冲击破碎效果的重要参数。采用Matlab软件建立了粒度分形维数与试验参数之间的二次方模型,该模型的预测结果与试验结果的平均误差为2.51%,满足预测误差要求,为控制煤块冲击破碎后的产品粒度分布提供了理论依据。     

高温后玄武岩纤维混凝土冲击破碎分形特征

采用Ф100 mm分离式霍普金森压杆试验系统,对高温后素混凝土(Plain Concrete,PC)及玄武岩纤维混凝土(Basalt Fiber Reinforced Concrete,BFRC)在冲击荷载作用下破碎块度分布、破碎分维及能耗特性进行研究。结果表明,冲击破坏后试件破碎块度分布为统计意义的分形,温度及弹速的升高导致试件破碎程度及分维值总体增大;BFRC分维在常温及600℃~800℃时普遍小于PC,在200℃~400℃时随弹速提高较PC先减小后增大,纤维掺量为0.2%时BFRC分维相对较大;同一温度下试件能耗密度随分维的增大而增大,相同能耗密度下分维随温度的升高而增大;BFRC分维随弹速的变化有两个临界速度特征点:起裂临界及粉碎临界弹速,在此弹速范围内,试件破碎分形演化特征明显,分维随弹速提高显著增大,且临界弹速随温度的升高逐渐下降。     

基于分形理论的岩石冲击破坏分形分析

利用大直径分离式霍普金森压杆试验系统,对绢云母石英片岩和砂岩进行冲击压缩试验, 采用不同等级标准筛对岩石冲击破碎后试块进行筛分统计,运用分形几何理论,计算出冲击荷载作用下两种岩石破碎块度分布的分形维数,研究冲击速度对块度分维影响,分析两种岩石动态抗压强度随块度分维的变化关系。试验结果表明,绢云母石英片岩块度分维大部分集中在1.9~2.4之间,砂岩集中在2.5~3.0之间;两种岩石分形维数随冲击速度的升高呈上升趋势,近似线性正比关系;绢云母石英片岩动态抗压强度与块度分维无明显函数关系,砂岩动态抗压强度随块度分维的增大呈增加趋势。采用分形维数对岩石试件在冲击破碎过程中动态抗压强度的变化进行定量描述,为探索岩石动态破碎分形特征与冲击力学性能之间的内在规律,开辟新的研究途径。     

冲击荷载下石墨矿石破碎能耗特征

为了研究晶质石墨矿石试样在冲击荷载作用下的破碎能耗特征，采用?50 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置，设置气压间隔为0.1 MPa, 0.2～0.6 MPa共5组冲击气压，进行不同加载速率条件下石墨矿石试样冲击压缩试验，并分析石墨矿石试样破碎能耗规律。试验结果表明：在冲击荷载作用下，石墨矿石试样的动态抗压强度与平均应变率具有较强的三阶多项式关系，且石墨矿石在冲击荷载作用下具有动态硬化作用，其动态抗压强度随着应变率的增大呈非线性增大，呈现明显的应变率效应；石墨矿石试样破碎耗能与入射能具有显著的对数关系，随着入射能增大，试样破碎耗能也随之增大，但其试样破碎耗能所占比例随应变率增大逐渐由0.38下降至0.11;随着平均应变率增大，石墨矿石试样破碎耗能密度呈非线性增长，具有较强的应变率效应；石墨矿石试样的破碎平均粒径与破碎耗能密度具有显著的三阶多项式相关关系，随着石墨矿石试样耗能密度增加，石墨矿石试样破碎程度加剧，可以采用石墨矿石试样破碎块度平均粒径实现对石墨矿石试样破碎程度进行定量描述。     

冲击荷载作用下EPS混凝土动态性能研究

配置聚苯乙烯(Expanded Polystyrene,EPS)颗粒体积掺量分别为10%,20%,30%,40%,50%的EPS混凝土,采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,以动态抗压强度和临界应变为指标,研究EPS混凝土在冲击荷载作用下的动态性能,探索EPS颗粒对混凝土动态性能的改善机理。结果表明:由于应变率效应,相同体积掺量的EPS混凝土动态抗压强度与临界应变随应变率的增加而提高,具有显著的应变率相关性;以临界应变为变形性能指标,由于EPS颗粒的微结构效应,在EPS颗粒体积掺量0～40%范围内,其变形性能随EPS体积掺量的增加而提高,当EPS颗粒体积掺量达到50%时,其变形能力有所降低。EPS颗粒体积掺量为40%时对混凝土变形性能的改善效果最佳。     

冲击荷载下高温喷淋冷却碳纳米管混凝土破裂分形研究

在混凝土中掺入具有高强、高韧和良好热导性的多壁碳纳米管(multi walled carbon nanotubes, MWCNTs)对普通混凝土的耐高温性能进行了增强，并以分形维数为指标研究了高温喷淋冷却后碳纳米管增强混凝土在冲击荷载作用下的分形特征和能耗特性，建立了分形维数与动强度、能耗及冲击韧性之间的关系。研究结果表明：高温喷淋冷却后的混凝土在冲击载荷下，其冲击破碎块的分形维数随应变速率和温度的增大而增大；在同一温度下，混凝土的动态抗压强度、能耗和冲击韧性随着分形维数的增加而增加；在同一冲击气压下，混凝土的动态抗压强度、能耗和冲击韧性随着分形维数的增加而减小；相比而言，添加了碳纳米管后混凝土高温喷淋冷却后在冲击荷载下的破裂程度得到有效缓解，其分形维数减小，能耗、冲击韧性和动强度都得到明显提高。     

三角形蜂窝在面内冲击荷载下的力学性能

摘要：通过数值计算研究规则排布和交错排布的三角形铝蜂窝在面内冲击荷载下的变形模式、承载能力以及能量吸收特性。结果表明两种蜂窝的变形均随着冲击速度的增加或胞壁厚度的减小而向冲击端集中,规则排布的蜂窝沿着局部变形带逐行压溃直至密实,而交错排布蜂窝的变形模式可分为4种。铝蜂窝吸收的能量绝大部分转化为变形所需的内能,动能所占比重较小。随着冲击速度的提高,两种排布方式的蜂窝均表现出更强的承载能力和能量吸收能力,但内能在总能量中的比重减小,动能比重增加。规则排布的蜂窝比交错排布的蜂窝具有更高的承载力和能量吸收能力,该差别主要是由于二者内能的不同所引起,且该差值在交错排布蜂窝“核区”形成后逐渐减小。     

爆炸荷载作用下地铁隧道的冲击反应研究

随着地铁的大规模兴建,地铁隧道的抗爆防护研究成为一个迫切需要解决的问题。针对南京地铁区间隧道的实际工程地质条件,建立了地铁隧道的冲击反应计算模型和各种材料的模型,采用流固耦合算法, 对10kgTNT炸药作用下地铁隧道的冲击反应进行了全面研究。研究结果表明,隧道衬砌的速度和加速度变化与超压有关,随着距爆心距离的增大,爆炸冲击波对衬砌结构的影响逐渐减弱,而且在爆炸的初始时刻,隧道衬砌处于受拉状态,随着时间的推移,超压峰值逐渐衰减,隧道衬砌则由受拉状态变为受压状态,并逐渐趋于稳定,从而为地铁隧道的抗爆防护和应急预案的制定提供了依据。     

超声振动作用下矿石破碎后颗粒分形特征

以黑钨矿石为研究对象进行超声振动加载试验，通过筛分实验得到矿石破碎后颗粒的粒度分布曲线，计算颗粒的分形维数，利用分形维数定量描述矿石破碎过程，分析分形维数与静载荷、超声波输出功率及颗粒的平均粒度之间的关系。结果表明：当静载荷由100 N增加至500 N时，颗粒的平均粒度由19.513 2 mm减小至5.040 0 mm,分形维数由1.725 2增大至2.541 9;当超声波输出功率由1.56 kW增大至2.60 kW时，颗粒的平均粒度由19.672 9 mm减小至5.040 0 mm,分形维数由1.912 7增大至2.541 9;分形维数分别与静载荷、超声波输出功率及平均粒度之间呈现良好的线性相关性，可以直观地定量描述矿石的破碎过程。     

冲击荷载作用下混杂纤维混凝土能量耗散与破碎分形研究

为了研究聚丙烯纤维含量和长径比对混凝土劈裂强度以及分形维数的影响，首先通过在含钢混凝土中添加不同含量和长径比的聚丙烯纤维制作混杂纤维混凝土试样，再利用分离式霍普金森压杆对试样进行高应变率动态劈裂力学试验。实验以相同冲击气压(0.2 MPa)对直径65 mm,高35 mm的10组试件进行测试。研究结果表明：聚丙烯纤维体积掺量为0.05%、0.1%时，长径比在3 000～9 000区间，混杂纤维混凝土的动态劈裂强度与能耗随掺量和长径比的增加有明显上升；在掺量为0.15%时，混杂纤维混凝土的动态劈裂强度与能耗均有所降低。各实验组中混杂纤维混凝土的分形维数均在2.3～2.6之间且小于普通混凝土，说明混杂纤维的添加可使混凝土的韧性、阻裂性能提升。     

含倾斜裂纹三点弯动态断裂试验研究

为研究冲击荷载下巷道围岩不同角度径向裂纹的破坏机制,采用落锤冲击加载平台和数字激光动态焦散线实验系统,以有机玻璃为试验材料,设计冲击荷载下半圆孔上不同角度裂纹的三点弯动态断裂试验,记录预制裂纹的角度α的改变对裂纹动态力学行为的影响,通过分析动态应力强度因子和裂纹扩展轨迹的分形维数对实验现象进行归纳总结。研究发现:①预制裂纹角度对裂纹尖端应变能的积累和释放的快慢有较大影响,随着角度的增大,起裂时间变短,起裂更容易,裂纹尖端应变能积累的更快;②裂纹尖端应变能释放的快慢在α=45°两侧表现出不同的规律;③不同角度裂纹的Ⅰ型动态应力强度因子随时间的变化规律具有相似性,但最大值却具有差异性;④不同角度裂纹的扩展轨迹满足一定的分形规律。     

泥石流冲击荷载下拦挡坝的动力响应分析

选取典型的泥石流冲击荷载,把钢筋混凝土拦挡坝简化成悬臂梁,建立其动力偏微分方程,运用数学物理方程中的变量分离法和结构动力学中的振型叠加法求得动力偏微分方程的解析解,最后根据材料力学得到相应的应力以及应变。算例分析表明解析解是可靠的,且在拦挡坝的坝顶处有最大的位移,为实际工程力学计算提供一种思路。       

动载下矿岩-充填体能量传递规律及破坏特性

为研究嗣后充填采矿矿柱爆破回采时相邻胶结充填体内能量传递规律及破坏特性,利用霍普金森压杆装置,对矿岩与不同配比充填体组合试件进行单轴冲击实验。实验结果表明:能量传递过程中,大部分能量以反射波形式消散;随着应变率增加,吸能密度增大。同等吸能密度下,应变率■;冲击荷载下矿岩破碎形态呈简单块状。充填体破碎情况为,随应变率增加,呈块状分布减少,呈粉末状增多。当应变率在60 s^(-1)左右时,ZH330较ZH250与ZH180,充填体粉末状明显减少;计算充填体平均粒径与分形维数发现,随应变率增大,平均粒径减小,分形维数增加。实验研究对嗣后充填采矿矿柱回采爆破参数选择及胶结充填体保护具有一定意义。     

反平面冲击荷载作用下圆柱形洞室的动力响应

对无限弹性土体内圆柱形洞室在反平面冲击荷载的作用下的瞬态响应进行了探讨。用残余变量的方法结合拉普拉斯变换及其逆变换,在频域内的得到土体位移和应力一般表达式,并采用拉普拉斯逆变换的数值方法,给出了问题的数值解。在时域内分析了无限弹性土体内圆柱形孔洞在沿轴向方向的冲击荷载作用下的土体动力响应的变化规律,并将计算结果与静力情况下的作了比较：反平面荷载作用后,波向外发散传播,并沿半径方向衰减,衰减速度较静力情况下的衰减要慢,且距离波源越远二者差别越大;波到达后,该点土体的应力和位移均发生与外荷载相同的三角形变化：先增大,随后减小最后保持为零不变。     

AFRP约束混凝土多次冲击试验研究

为研究芳纶纤维增强层复合材料（AFRP）约束条件下混凝土抗多次冲击的动态力学性能,采用Ф100 mmSHPB试验装置和超声无损检测,在相似应变率条件下,对C30,C40,C50三种基体强度等级的1~3层AFRP约束混凝土抗多次冲击动态力学性能和冲击后混凝土试件内部损伤规律进行试验研究。结果表明：各约束层数AFRP约束混凝土动态峰值应力对冲击次数不敏感,上下浮动不超过8%,稳定性良好;随着冲击次数的增加,动态峰值应变增大,内部混凝土损伤增大,损伤因子与冲击次数呈线性关系;AFRP约束混凝土内部损伤在达到普通混凝土极限损伤后仍能保持试件完整,具备对抗下次冲击的能力。     

木材断裂解离分形特征与分形断裂力学模型研究

目的 以椴木为研究对象,研究冲击载荷作用下椴木试件的断裂解离形貌特征和断裂力学特性,建立适用于木材原料断裂解离的分形断裂力学模型,并对其断裂解离力学行为进行描述。方法 对椴木试件进行冲击加载试验,分析试件断口的形貌特征和断裂力学特性,构建适用于木材原料断裂解离的分形断裂力学模型。结果 椴木试件横向冲击断裂断口裂纹形状和断口形貌特征比纵向冲击复杂,横、纵向冲击断裂断口均具有分形特征;椴木试件纵向冲击断裂韧性均值是横向冲击断裂韧性均值的1.112倍,椴木试件横、纵向冲击断口的分形维数均值分别为2.063 5和2.075 1,椴木试件横、纵向冲击韧性与其断口分形维数之间存在线性正相关关系,拟合优度分别为0.778 7和0.812 2;构建的木材原料断裂解离临界解离应力和断裂韧性的分形断裂力学模型也适用于脆性材料。结论 在木材原料冲击断裂解离时,木材原料初始裂纹长度越短,断裂解离断口越粗糙复杂,木材原料断裂解离所需要的能量越大;当裂纹沿着与冲击加载力方向垂直成大约1.055rad方向扩展时所需的能量最小,木材原料最易沿该方向进行断裂解离。     

材料断口分形研究现状及发展前景

讨论了分形几何应用于断裂研究的几个基本问题,主要包括断面的分形特征与分形测量,分维与断裂韧性的关系以及金属断裂的多种分形模型.进一步阐述了分形理论在金属断裂方面的应用前景.     

冲击荷载作用下早强EPS混凝土的力学性能

采用&;#61542;100mm分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,简称SHPB）试验装置,对养护龄期分别为12h、24h和36h的早强聚苯乙烯混凝土（EPS）进行了冲击压缩试验,得到了相应的应力-应变曲线,并与养护龄期为28d的聚苯乙烯混凝土（EPS）的应力-应变曲线进行比较。结果表明：养护龄期为36h、28d的EPS混凝土随着应变率的增加,其冲击压缩强度也相应增加;养护龄期为12h、24h的EPS混凝土随着应变率的增加,其冲击压缩强度变化不明显。另外,还研究了试件动态抗压强度与平均应变率的关系和养护龄期对动态抗压强度的影响,证明了EPS混凝土的抗冲击性能随养护龄期的增长而增加。