微波照射后花岗岩裂纹扩展规律试验研究

硬岩裂隙的形成和扩展规律是研究岩石损伤机理的重要内容。为了探究微波照射下,岩石裂隙的扩展规律,为微波辅助破岩技术提供理论依据,利用扫描电镜(SEM)设备对花岗岩试件在微波照射及单轴抗压强度测试后进行扫描观测,分析岩石断口的形貌、裂纹的类型及断裂模型。结果表明：高功率微波照射后,试件表面出现颜色变化,并伴随有张拉裂纹出现,在压缩试验后,试件上部结构呈粉末状破碎|SEM设备观测下花岗岩断口形貌特征主要为平坦面状和条纹状断裂|花岗岩的裂纹类型主要为张拉裂纹和压剪裂纹|花岗岩的断裂模型主要为沿晶断裂、穿晶断裂以及两者叠加。     

不同煤岩介质弯载作用下的断裂特征

煤矿覆岩破坏主要为弯载作用下发生的断裂,而煤岩介质的断裂特征对于冲击地压、煤与瓦斯突出等煤矿灾害密切相关。采用煤、泥岩、砂岩等不同介质的三点弯曲实验,研究了弯载作用下煤岩介质的强度特征、裂纹扩展规律、宏细观断口形貌特征及声发射变化特性,基于弹性断裂力学与均匀化方法对煤岩断裂机制进行了分析。研究结果表明:煤、泥岩样品的断裂峰值载荷、断裂能、断裂长度等断裂参数分布较离散,而砂岩样各参数分布则相对集中,该特征与煤岩介质内部结构密切相关,主要是由于煤及泥岩样品内部发育的微裂隙、微孔洞使得其均质度比砂岩样品高;宏观断口形貌方面,煤的宏观断口清晰可见原生裂隙,泥岩的宏观断口以微裂纹、微孔洞及层理为主,砂岩的宏观断口则仅包含少量杂质;细观断口形貌方面,煤的细观形貌表现为拉、剪断面和微裂隙,泥岩细观断口表面上分布有较多晶间断裂、微孔洞、黏土矿物及解理断裂,砂岩细观断口则仅为晶间断裂和少量微孔洞;煤样断裂声发射波形远比岩石要复杂,主波峰不明显,小断裂激发的声发射事件持续发生,而泥岩和砂岩的主断裂事件较显著,且在主断裂事件发生前通常有明显的起裂事件;弯载作用下煤岩介质尖端断裂扩展的临界应变能释放率主要受其...     

航空2024铝合金VIC-3D静载分析和疲劳试验

通过VIC-3D技术测量静态拉伸全场二维应变及应力,基于航空载荷谱进行动态载荷疲劳试验,利用扫描电子显微镜对试件断口进行观察,研究航空2024铝合金的力学性能。结果表明,利用Y方向应变随时间变化云图,可以探究裂纹出现及发展规律,疲劳试样在第34周循环,总第169 973次循环后发生疲劳断裂。疲劳断口可观察到疲劳源区、疲劳裂纹扩展区及瞬时断裂区,并呈扇形向外扩展。疲劳裂纹萌生于试件表面,裂纹扩展区二次长裂纹方向和裂纹扩展方向垂直,并存在疲劳辉纹,瞬时断裂区呈现出塑性断裂韧窝状形貌,局部存在冲击面形貌。     

航空2024铝合金VIC-3D静载分析和疲劳试验VIC-3D Static Analysis and Fatigue Test of 2024 Aluminum Alloy 陈亚军 黄彦 薛程丹 洪建国

为系统研究航空2024铝合金的力学性能,首先通过VIC-3D技术测量静态拉伸全场二维应变及应力,其次基于航空载荷谱进行动态载荷疲劳试验。VIC-3D结果表明,利用Y方向应变随时间变化云图,可以探究裂缝出现及发展规律;采用运输类飞机下翼面标准载荷谱TWIST,疲劳试样在第34周循环,总第169973次循环后发生疲劳断裂。利用扫描电子显微镜对试件断口进行观察,疲劳断口可观察到疲劳源区、疲劳裂纹扩展区及瞬时断裂区,并呈扇形向外扩展。疲劳裂纹萌生于试件表面;裂纹扩展区二次长裂纹方向和裂纹扩展方向垂直,并存在疲劳辉纹;瞬时断裂区呈现出塑性断裂韧窝状形貌,局部存在冲击面形貌。     

完整岩石试件和含有裂隙岩石试件在单轴压缩下破坏过程的数值模拟研究

应用RFPA岩石失稳和破坏失稳程序对完整岩石试件以及含有单一裂隙和交叉裂隙的岩石试件在单轴压缩下的破坏过程进行数值模拟研究。结果揭示了完整岩石试件和含有不同裂隙岩石试件破裂过程的发展规律,即岩石试件破坏一般都分为3个阶段:压密阶段、微裂纹萌生阶段和扩展以及断裂破坏阶段。不同的是随着加载的进行,完整岩石试件的破坏过程首先出现一个应力集中区,随后在中间、径向、侧向均出现裂纹,并且这些裂纹迅速扩展衍生许多新的次生裂纹,最终贯穿整个岩石试件。而含有裂隙的岩石试件的破坏过程是首先在裂隙的2端出现应力集中区,随后在裂隙的尖端产生裂纹并沿垂直裂隙方向发展并贯通整个岩石试件。     

单裂隙岩石在单轴压缩下破坏的数值模拟

应用岩石破裂过程分析软件RFPA2D在单轴压缩下对含有单裂隙在不同分布下的岩石试件的破坏过程进行数值模拟研究。结果表明:岩石试件破坏经历了裂隙的压密、微裂纹的萌生和扩展及最终的断裂破坏几个阶段;完整岩石试件的力学性能显著高于含有裂隙的岩石试件。随着裂隙长度的增加,岩石试件的峰值强度逐渐降低,根据其降低趋势,拟合出峰值强度随裂隙长度增大而降低的拟合函数,由函数可知,二者成负指数关系;而随着裂隙倾角的增大,峰值强度呈现出先减小后增大的趋势,在裂隙倾角为45°左右时岩石试件的强度达到最小值。裂隙长度越小或者裂隙倾角越大的岩石试件,其对岩石试件的力学性能影响不明显,裂纹扩展不明显,其扩展形式与完整岩石试件类似。     

完整及含裂隙岩石试件单轴压缩过程数值模拟

采用 FLAC^3D数值模拟程序对完整岩石试件及含有单一裂隙岩石试件在单轴压缩下的破坏过程进行数值模拟。结果揭示了完整岩石试件和含裂隙岩石试件破裂过程的发展规律,即岩石试件破坏一般分为3个阶段:压密阶段、微裂纹萌生阶段和扩展以及断裂破坏阶段。不同的是随着加载的进行,完整岩石试件的破坏过程首先出现一个应力集中区,最终形成一个倾斜的应力面,导致试件最后形成一个倾斜的破坏面;而含有裂隙的岩石试件的破坏过程是首先在裂隙的两端出现应力集中区,随后在裂隙的尖端产生裂纹并沿垂直裂隙方向发展贯通整个岩石试件。     

裂隙岩石冻融循环下裂纹扩展特征研究

高寒山区工程岩体往往在水和温差作用下，受到往复的冻融荷载作用，导致岩体裂纹扩展甚至破坏。通过开展-20～20 ℃范围内4类含裂隙岩石冻融循环试验，分析了不同岩性裂纹扩展类型和原因、裂纹扩展随冻融循环增加的全过程，并讨论了20次冻融循环下灰岩和红砂岩的裂纹扩展机理。结果表明：含裂隙岩石裂纹扩展可分为3种类型：沿上部裂隙尖端贯通岩桥、沿上部裂隙尖端环向扩展和无明显裂纹破坏；板岩的水平板理导致裂纹沿环向扩展，灰岩局部发育的软弱面使裂纹反倾下部裂隙扩展，花岗岩高强度和低孔隙率的特征使其难以在此次试验条件下产生宏观裂纹。断裂力学分析揭示了灰岩和红砂岩呈Ⅰ型裂纹扩展的原因，表明初始裂纹扩展方向与上部裂隙走向近似，裂纹扩展长度与岩石抗拉强度和断裂韧度有关。     

低温对铝合金在SSRT过程中裂纹萌生与扩展规律的影响

采用一种电化学阻抗谱(EIS)的解析方法,原位研究低温对7A04铝合金在慢应变速率拉伸过程(SSRT)中裂纹萌生与扩展规律的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)观察断口形貌,并通过Kramers-Kronig转换验证EIS实验数据的可靠性。结果表明,裂纹的萌生和扩展过程大致可分为氧化膜溶解、裂纹萌生、动态平衡、裂纹明显扩展四个阶段;温度的降低会改变断裂方式,表现为从混合断裂向脆性穿晶断裂发展;由常温向低温的变化可以有效抑制铝合金在SSRT过程中的裂纹萌生和扩展,具体表现为温度越低对裂纹萌生和扩展的抑制效果越不明显,其中-5℃时抑制效果最强。     

微波辐射下硬岩损伤规律研究

为了探究微波辐射对硬岩损伤的影响规律,减轻破岩难度,以湖北花岗岩作为研究对象,岩石孔隙率、超声波波速和岩石抗拉强度作为损伤变量指标,通过试验法测得岩石在微波辐射下的损伤规律。结果表明:在一定微波辐射功率范围内,花岗岩受微波辐射影响不大,而当辐射功率与辐射时间达到某一值时,随着辐射功率增大、辐射时间增长,岩石会出现明显的损伤,表现为孔隙率上升、抗拉强度降低、超声波波速下降;在等耗能情况下,高辐射功率、短辐射时间较低辐射功率、长辐射时间更能引起岩石的损伤;水是引起岩石损伤的重要因素,饱和岩石试件相对于干燥岩石试件在微波辐射后损伤变量指标变化更加显著;低功率、短时间微波辐射能使岩石强度增强。