高速铁路隧道基底软岩动力累积损伤特性

利用相似材料模拟高速铁路隧道基底软岩,采用荷载控制和非对称正弦波循环加载方式对软岩试件进行动三轴疲劳与损伤检测综合试验。通过试验结果分析,建立了软岩3参数多项式疲劳寿命计算模型和4参数多项式累积损伤参量计算模型,获得了软岩疲劳损伤特性,即：软岩疲劳破坏表现为端部拉-剪复合破坏和中部压-剪复合破坏两种模式;疲劳破坏全过程表现为初始微孔隙压密、裂纹发生与稳定扩展以及损伤裂纹加速发展3个发展阶段;软岩疲劳寿命主要取决于本身强度和动应力水平,强度愈高、动力应力水平愈低,其疲劳寿命就越长;当动应力水平相同时,软岩疲劳寿命与其弹性模量呈线性增长关系。     

节理介质中爆炸裂纹扩展的细观行为研究

利用爆炸加载动焦散测试系统 ,进行了有机玻璃材料的透射式动焦散模型试验 ,对含人工节理的材料中爆生裂纹扩展的细观行为进行了研究 ,获得了爆生裂纹扩展穿过节理的一般规律 .试验表明 ,爆生裂纹穿过节理时 ,并不是直接沿原方向 ,而是偏离一段距离后继续扩展 ,爆生裂纹的扩展与切缝和节理的夹角以及炮孔与节理间的距离有直接关系 .对穿过节理前后爆生裂纹尖端应力强度因子的定量分析结果表明 ,由于节理的影响 ,应力强度因子存在 2个峰值点     

平行双缝倾角变化混凝土圆盘的三维动态研究

为研究动荷载下平行双缝倾角变化对混凝土圆盘的影响,基于有限元方法,建立平台巴西圆盘的三维动态数值模型.采用Weibull统计学理论,考虑混凝土材料的非均匀分布,研究应力波作用下平行双缝倾角变化对裂纹扩展模式的影响,得到裂纹萌生、扩展直至贯通的破坏全过程图与声发射图.结果表明,试件的破坏是劈裂性的,新生裂纹扩展的方向与动荷载加载方向一致;声发射活动随预制裂纹倾角增大而减少;双缝预制裂纹倾角越大,峰值荷载越大,声发射累积能量越小,试件越不容易发生破坏.     

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.     

大理岩预制裂纹试样细观损伤试验研究与分析

基于SEM的大理岩试样细观损伤全程跟踪试验方案,选取四川锦屏二级引水隧洞围岩大理岩试样进行试验观察．利用扫描电镜拍摄大量不同荷载作用下的细观损伤演化图像,从中选择有代表意义的图像进行损伤破坏特性分析．研究结果表明,由于应力集中的影;向,预制裂纹大理岩试样在加载初期产生与预制裂纹垂直的微裂纹;随着荷载的增加产生大量的拉裂纹及分叉裂纹,裂纹的扩展方向逐渐向加载轴方向转动;由于初始损伤和损伤的不断积累,压剪作用对岩石的破坏起控制作用,并形成剪切破坏面．     

岩石类准脆材料的起裂韧度与加载率关系的物理机理研究

基于岩石类准脆性材料的力学特性和动态裂纹尖端的应力场解析解,利用摩尔强度准则计算出了裂纹尖端断裂过程区的形状及尺寸,确定了岩石类材料动态裂纹尖端的断裂过程区面积和裂纹扩展速度之间的关系.进而利用尺寸效应公式,推导出了岩石的起裂韧度和加载率之间的关系.结果表明,岩石类材料裂纹尖端的断裂过程区的面积随着裂纹的扩展速度的提高而增大,从而推导出岩石的起裂韧度随着加载率的增大而提高.计算的岩石的起裂韧度对于加载率的依赖关系与实验结果基本定性吻合,说明理论模型的合理性.模型计算结果和实验结果有一定差距的原因,认为是模型没有考虑变形破坏的黏性效应所致,将在今后的研究中考虑黏性效应.     

基于3D-ILC含60°平行双内裂纹脆性巴西圆盘断裂特性

裂纹间的相互作用是断裂力学的重要研究内容,但针对三维内裂纹的扩展规律以及相互作用的研究较少。基于3D-ILC技术,在完整巴西圆盘内部制作平行双内裂纹,开展含60°双内裂纹单轴压缩试验,记录裂纹扩展过程,得到裂纹起裂及破坏荷载,分析双内裂纹相互作用下的应力双折射规律、裂纹扩展形态及断口特征。基于M积分及应变能密度因子理论进行数值模拟,揭示KⅠ,KⅡ,KⅢ分布规律,实现双内裂纹扩展路径及平行裂纹相互作用模拟,并与试验进行对比。结果表明：(1)基于3D-ILC的平行双内裂纹扩展破坏试验规律显著,证明了该技术在多内裂纹相互作用试验研究中的适用性得到证明;(2)试样裂纹形态主要有上翼裂纹、下翼裂纹、竖直裂纹及贯穿型裂纹,翼裂纹断口光滑区为I-II型复合裂纹,裂纹侧面为I-II-III型复合裂纹,呈现矛状断口;(3)含60°双内裂纹试样破坏荷载为完整试样的17.73%,内裂纹扩展速度与加载力为非线性关系;(4)双内裂纹尖端之间存在屏蔽作用,使扩展呈现明显反对称的裂纹形态;(5)基于M积分的K分布及基于应变能密度因子理论裂纹扩展路径与试验规律一致。结果为三维内裂纹I-II-III型复合断裂及多裂纹相互作用研究提供了物理试验及数值模拟参考。     

基于3D-ILC含60°平行双内裂纹脆性巴西圆盘断裂特性

裂纹间的相互作用是断裂力学的重要研究内容,但针对3维内裂纹的扩展规律及相互作用的研究较少。基于3D-ILC技术,在完整巴西圆盘内部制作平行双内裂纹,开展含60°双内裂纹单轴压缩试验,记录裂纹扩展过程,得到裂纹起裂及破坏荷载,分析双内裂纹相互作用下的应力双折射规律、裂纹扩展形态及断口特征。基于M积分及应变能密度因子理论进行数值模拟,揭示K_Ⅰ、K_Ⅱ、K_Ⅲ的分布规律,实现双内裂纹扩展路径及平行裂纹相互作用模拟,并与试验进行对比。结果表明:1)基于3D-ILC的平行双内裂纹扩展破坏试验规律显著,证明了该技术在多内裂纹相互作用试验研究中的适用性;2)试样裂纹形态主要有上翼裂纹、下翼裂纹、竖直裂纹及贯穿型裂纹,翼裂纹断口光滑区为Ⅰ–Ⅱ型复合裂纹,裂纹侧面为Ⅰ–Ⅱ–Ⅲ型复合裂纹,呈现矛状断口;3)含60°双内裂纹试样破坏荷载为完整试样的17.73%,内裂纹扩展速度与加载力为非线性关系;4)双内裂纹尖端之间存在屏蔽作用,使扩展呈现明显反对称的裂纹形态;5)基于M积分的K分布及基于应变能密度因子理论裂纹扩展路径与试验规律一致。结果为3维内裂纹Ⅰ–Ⅱ–Ⅲ型复合断裂及多裂纹相互作用研究提供了物理试验及数值模拟参考。     

围压作用下混凝土的静动力细观破坏机理

为了解释围压作用下混凝土静、动力力学性能发生变化的物理机制，根据不同围压下混凝土的宏观破坏现象，通过研究知低围压下断裂力学适于混凝土强度的分析，而高围压下需要借助塑性力学工具.根据混凝土材料的细观结构，揭示了低围压作用下混凝土中微裂纹的开裂、扩展、串接直至破坏的细观损伤过程和破坏机理.利用线弹性断裂力学，考虑主控裂纹之间的相互作用，建立了低围压条件下混凝土静力强度的预测模型；利用断裂动力学，考虑裂纹扩展速度对其应力强度因子的影响，建立了低围压条件下混凝土动力强度的预测模型.理论模型的计算结果表明，加载速率影响围压作用下混凝土的抗压强度，加载速率越快混凝土动力抗压强度提高得越多，但随着围压增大，混凝土动力抗压强度增强系数减小，模型结果与宏观试验现象一致.     

分级循环荷载下裂隙岩石疲劳破坏特性与能量演化机制

分级循环荷载下裂隙岩石裂隙扩展模式、疲劳变形特性以及能量演化规律对地下工程安全施工和运营有着重要意义。考虑裂隙角度、裂隙数量和裂隙分布开展常规劈裂试验、分级循环荷载试验和非接触变形测量试验,对破坏特征、动弹性模量进行分析,研究轴向不可逆变形与疲劳寿命之间的关系。从能量角度出发,计算破坏过程中的总吸收能量、可释放应变能及耗散能,分析能量演化与裂隙扩展模式响应关系。研究结果表明：1）岩石疲劳变形可分为初始变形阶段、稳定阶段和加速破坏阶段,滞回环曲线呈现出“疏—密—疏”的特性,对每200个循环的动弹性模量进行分析,加载第2阶段动弹性模量有强化特征,进入第3阶段后动弹性模量减小;2）总吸收能、耗散能和弹性能都呈上升趋势,总吸收能增长缓慢,增长速度随着循环次数增加逐渐变缓,耗散能在进入破坏阶段后迅速上升,弹性应变能变化趋势不明显,中等倾角的耗散能较多;3）在破坏过程中均会产生翼裂纹和倾斜次生裂纹,裂纹相互作用和合并,产生连续塑性应变累积,形成压碎的小颗粒碎屑,这与静荷载作用下脆性破坏机制不同。     

Q345高周疲劳失效机理及固有耗散能研究

双相钢Q345多用于建筑或机械结构的承力构件,循环载荷的长期作用使得构件在低于其静强度的载荷条件下发生疲劳断裂,经济可靠的强度设计需要对材料的疲劳失效进行研究。作者利用电磁谐振高频疲劳试验机,在载荷频率140 Hz、应力比为-1条件下,得到不同失效概率时材料高周疲劳（10⁴周次< 疲劳寿命< 10⁷周次）应力-寿命（S-N）曲线。利用扫描电子显微镜观察材料受到循环载荷作用后的显微结构的变化和疲劳失效后试样的断面微观形貌,研究材料疲劳裂纹的萌生和扩展。同时,利用红外热像仪记录Q345试样表面的温度场随循环载荷作用周次的变化,研究材料在高频循环载荷作用下的固有耗散能。双相钢Q345在高频循环载荷作用下的疲劳失效主要是由于铁素体-珠光体双相结构在循环载荷作用下的微观强度差异使得微观裂纹首先萌生于相对薄弱的铁素体晶粒,且随循环载荷周次的增加而裂纹逐渐扩展。珠光体晶粒对疲劳裂纹的扩展起阻碍作用,使得疲劳裂纹沿铁素体或铁素体与珠光体之间的晶界向前扩展。当载荷幅值低于其高周疲劳极限时,试样表面温升不明显;有限寿命的载荷条件下,试样表面温度场的变化受到材料微观变形的影响,基于试样表面温度场的变化,能快速确定材料的高周疲劳强度极限。高频循环载荷作用下,单位体积材料的固有耗散能与载荷之间呈非线性关系,在热力学框架内建立了材料的固有耗散能表征模型。     

腐蚀疲劳裂纺扩展过程中裂尖阳极溶解的贡献

对7475－T761铝合金材料在3．5％NaCl水溶液中的变形与腐蚀电流关系进行了试验测试,结合裂尖局部应力应变的分析结果,对等幅循环载荷作用下,7475－T761铝合金－3．5％NaCl溶液体系腐蚀疲劳裂纹扩展过程中裂尖阳极溶解的贡献进行了计算分析。     

Dynamic tensile behaviour and crack propagation of coal under coupled static-dynamic loading

The fracture behaviour and crack propagation features of coal under coupled static-dynamic loading conditions are important when evaluating the dynamic failure of coal. In this study, coupled static-dynamic loading tests are conducted on Brazilian disc(BD) coal specimens using a modified split Hopkinson pressure bar(SHPB). The effects of the static axial pre-stress and loading rate on the dynamic tensile strength and crack propagation characteristics of BD coal specimens are studied. The average dynamic indirect tensile strength of coal specimens increases first and then decreases with the static axial pre-stress increasing. When no static axial pre-stress is applied, or the static axial pre-stress is 30% of the static tensile strength, the dynamic indirect tensile strength of coal specimens shows an increase trend as the loading rate increases. When the static axial pre-stress is 60% of the static tensile strength, the dynamic indirect tensile strength shows a fluctuant trend as the loading rate increases. According to the crack propagation process of coal specimens recorded by high-speed camera, the impact velocity influences the mode of crack propagation, while the static axial pre-stress influences the direction of crack propagation. The failure of coal specimens is a coupled tensile-shear failure under high impact velocity.When there is no static axial pre-stress, tensile cracks occur in the vertical loading direction. When the static axial pre-stress is applied, the number of cracks perpendicular to the loading direction decreases,and more cracks occur in the parallel loading direction.     

锈蚀疲劳后混凝土中钢筋力学性能试验

为研究锈蚀疲劳后混凝土中钢筋的力学性能退化规律,对锈蚀钢筋混凝土梁疲劳破坏后取出的梁内主筋进行轴向拉伸试验,结合试验得到的锈蚀疲劳钢筋的应力-应变曲线,定量化地提出了锈蚀疲劳后混凝土中钢筋的本构关系模型,并对模型计算值与试验实测值进行对比验证.试验结果表明,未锈蚀钢筋在疲劳循环200万次后表现出与原状钢筋相同较好的延性破坏特征,疲劳作用对未锈蚀钢筋的力学性能没有实质影响;锈蚀疲劳后钢筋的应力-应变曲线发生了显著变化:屈服台阶特征改变、延伸率减小、屈服强度降低,变化幅度的大小与锈蚀疲劳程度有关,软钢不同程度地硬化;疲劳裂纹的出现使得钢筋在极低的延伸率下即突然拉断破坏,强度大幅降低,延性几乎完全丧失.     

Q345圆钢杆的疲劳破坏模型

为研究结构钢圆杆的疲劳破坏模型,以结构钢的椭球面断裂模型为开裂判据,由结构钢圆杆疲劳裂纹的裂尖真实应力场,计算出结构钢圆杆疲劳裂纹的失稳扩展面积、稳定扩展面积和稳定扩展长度.基于结构钢疲劳裂纹随加载次数加速扩展的试验事实,假定结构钢圆杆的疲劳裂纹稳定扩展速率是循环加载次数的单调递增幂函数,即双对数坐标系下结构钢圆杆的疲劳裂纹稳定扩展速率和循环加载次数为单调递增线性函数,积分后得到结构钢圆杆的疲劳裂纹稳定扩展长度和疲劳寿命间的函数表达式,导出结构钢圆杆的疲劳破坏模型.建议的结构钢圆杆的疲劳破坏模型表明,结构钢圆杆的疲劳寿命是名义最大应力、相对应力幅、初始裂纹位置和初始裂纹长度的复杂函数,不能简单化为仅是应力幅的函数.对Q345B圆钢杆进行了常幅循环应力疲劳试验,结果表明,Q345B圆钢杆的疲劳寿命随相对应力幅和名义最大应力的增加而降低.根据Q345B圆钢杆的疲劳试验结果,标定了其疲劳破坏模型参数,验证了建议的疲劳破坏模型精度.     

钢桥腐蚀-疲劳耦合计算模型及影响因素分析

为了研究钢桥在交通荷载和腐蚀环境共同作用下的疲劳性能,考虑钢桥腐蚀-疲劳耦合效应,建立有2个阶段的腐蚀-疲劳耦合计算模型.在点蚀坑萌生阶段,考虑循环交通荷载对腐蚀过程的加速作用;在裂纹扩展阶段,引入裂纹扩展腐蚀加速因子,考虑腐蚀环境对裂纹扩展的影响.对钢桥顶板和纵肋焊接节点的腐蚀疲劳寿命算例分析表明：考虑腐蚀-疲劳耦合作用的疲劳强度相对于疲劳试验、规范AASHTO、规范BS5400和不考虑腐蚀-疲劳耦合作用的情况,分别降低41.25%、28.80%、44.60%和10.90%.对所建模型开展加载频率、腐蚀环境、腐蚀坑形貌特征等影响因素的比较研究,结果表明：随着加载频率的增加,焊接节点的腐蚀疲劳强度递增,当加载频率大于0.6 Hz时,焊接节点的腐蚀疲劳强度相近;随着腐蚀环境变强,腐蚀电流和腐蚀速率逐渐增大;腐蚀疲劳强度随着腐蚀坑形貌特征的增大而增大.     

横向路拱引起路面疲劳破坏的差异研究

为研究高速公路横向路拱引起的车辆左右轮下的路面疲劳差异破坏,利用有限元软件ANSYS对高速公路横向路拱引起的路面差异破坏进行计算研究.计算了标准轴载下路面结构的疲劳寿命年限,提出了疲劳寿命差异系数的概念,分别研究了左右轮下面层剪切疲劳破坏差异和底基层拉伸疲劳破坏的差异,解释了在道路上总是车轮右侧路面龟裂或裂缝严重,而左侧损坏相对较小的现象.研究认为：车轮左右两侧路面疲劳破坏寿命是不同的,并且两侧路面的疲劳寿命差异系数随着横拱坡度的增加而急剧增大;随车辆重心高度的增加而增大.     

镁合金疲劳行为的研究现状及展望

简要介绍了镁合金在疲劳加载条件下的循环应力响应行为、疲劳裂纹萌生与扩展行为以及疲劳断裂的微观特征，分析了镁合金的显微组织、冶金和表面状态等材料内在因素以及环境、温度等外部因素对镁合金的疲劳强度、疲劳寿命、疲劳裂纹扩展速率的影响规律，指出了机械抛光、喷丸处理、表面滚压等表面机械加工方法以及适当的热处理均可有效地提高镁合金的疲劳强度和疲劳寿命.此外，也对镁合金疲劳行为的未来研究方向和发展趋势进行了展望.     

随机载荷加载下疲劳裂纹扩展速度的一种计算方法

为了揭示出随机载荷加载下,疲劳裂纹扩展速度的规律,利用临界平面方法,把多轴随机载荷等效为单轴随机载荷,并进而简化为单轴多级恒幅载荷谱,然后利用恒幅疲劳裂纹扩展的速度公式,计算裂纹的总增加量,推导出随机载荷加载下疲劳裂纹扩展速度的计算公式。通过对试件的疲劳寿命预测,验证了该公式的正确性。     

玻璃静疲劳性能研究

对玻璃静疲劳性能进行分析和研究。试验选用同轴双环弯曲装置,方板试件用V氏压痕裂纹来模拟玻璃中的微裂纹。将疲劳试验数据进行分析,归类,利用自编的Fortran曲线拟合程序,求得裂纹扩展参数n。采用慢裂纹增长模型来解释整个试验结果和断面．讨论试验的各个阶段及分析试验中的某些异常现象。