温度与应力比对6061铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响

为了研究温度与应力比对航空铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响,利用电液伺服疲劳试验机对6061铝合金材料开展了不同温度(室温、-70、150 ℃)、应力比(0.1、0.5)条件下的疲劳裂纹扩展速率试验,获得不同条件下的疲劳裂纹扩展速率曲线,揭示温度与应力比对疲劳裂纹扩展的影响规律。结果表明,在相同应力比下,室温与高温150 ℃下的疲劳裂纹扩展速率曲线(da/dN-ΔK)基本一致,低温-70 ℃下的疲劳门槛值与疲劳裂纹扩展速率明显提高,这表明低温环境下6061铝合金材料具有较高的抗疲劳裂纹扩展性能;在相同温度下,随着应力比的增大,疲劳门槛值降低,疲劳裂纹扩展速率升高。讨论了温度与应力比对疲劳裂纹扩展行为影响的可能原因。     

基于裂纹扩展模型的脆性岩石破裂特征及力学性能研究

为了探究初始微裂纹参数分布对岩石破裂特征及力学性能的影响,进一步系统地了解脆性岩石破裂演化过程,依据线弹性断裂力学理论,建立了非均质性二维细观弹性损伤模型,并运用FLAC^2D数值分析软件,数值模拟研究了单轴压缩条件下不同形态岩石试样的破裂过程。研究结果表明,当初始微裂纹长度和角度服从不同的随机分布时,岩石材料表现出不同的破裂特征,其中初始微裂纹长度和角度均服从正态分布时,岩石破裂区域较完整;初始微裂纹长度或角度服从均匀分布和指数分布时,岩石破裂区域较分散;初始微裂纹角度对于解释脆性岩石单轴抗压试验时岩石试样出现剪切破坏和劈裂破坏的原因具有一定的指导意义,且当初始微裂纹角度均值ɑ=45°时,模型具有最小的峰值强度和轴向最大应变。模型还模拟了脆性岩石单轴抗压试验、巴西劈裂试验和断裂韧度试验的演化过程,模拟结果与试验结果具有较高的一致性。     

HQ 100钢焊接性研究

本文研究了HQ 100钢模拟及实际焊接热影响区各部位的韧性及组织变化,并用插销试验、纵向可调拘束裂纹试验和T型坡口再热裂纹试验对HQ 100钢的裂纹敏感性进行了评定。试验结果表明,模拟热循环峰值温度对HQ 100热影响区韧性有明显影响。随峰值温度升高,冲击韧性下降。Δt 8/5对韧性也有一定影响,当Δt 8/5为10 s时,过热区韧性最佳。实际热影响区峰值温度对韧性的影响也具有同样的规律性,但其韧性比模拟热影响区高一倍左右。组织和晶粒度的不同是造成上述变化的重要原因。抗裂性试验结果表明,HQ 100钢具有良好的抗热裂纹,再热裂纹性能。冷裂敏感性也较低,只要严格控制焊条烘干条件,预热和层温不低于130℃,便不会产生冷裂纹。     

断续节理对岩体力学性能的影响

采用颗粒流数值模拟程序,建立不同节理状态的岩石试样模型,对其进行双轴试验模拟,从岩桥长度、节理长度和倾角三个方面对断续节理影响下的岩体破裂形式和力学性质进行了数值模拟分析.岩桥的破裂方式为翼裂纹扩展下的拉剪复合破坏,模型破裂大致经历了翼裂纹的扩展、次生裂纹的延伸以及岩桥的贯通三个过程,而且表现出明显的蠕变特性以及延性破坏.岩桥长度的变化对峰值强度和弹性模量影响较小;相比岩桥长度,节理岩样的力学特性对节理长度更加敏感.对于不同的节理倾角,岩石试件表现出不同的初始破裂形式,0°倾角岩样的破裂方式为翼裂纹的扩展和次生裂纹的延伸,中间岩桥没有被贯通,15°倾角岩样的初裂强度和峰值强度最大.      

应力波形对岩石爆生裂纹扩展机制影响的数值模拟

运用RFPA3D动力分析软件模拟了冲击动力作用下含预制裂纹岩石的裂纹扩展过程,探究了应力波峰值、能量、上升及下降速率对岩石裂纹扩展过程的影响。研究表明动载下岩石裂纹扩展形态受应力波上升速率影响,应力波上升速率越快,孔周边岩石越破碎;应力波能量影响裂纹扩展长度,能量越大裂纹扩展越长,而相同能量条件下,应力波上升速率越小,裂纹扩展距离越远,但孔边破碎程度越弱;上升速率和应力波上升沿能量共同影响着炮孔粉碎区半径。数值模拟结果很好地揭示了不同应力波峰值、能量与上升/下降速率对岩石的破碎机制,在实际爆破作业中可以通过水炮泥封口或者采用空气柱间隔装药结构来延长应力波作用时间,以达到扩大爆破影响范围的目的,而通过选取合适类型与配比的炸药来提升应力波上升速率从而增强孔边破碎效果。      

不锈钢复合板热疲劳性能分析

利用冷热疲劳试验机模拟分析了冷热循环对不锈钢复合板热疲劳性能的影响,并采用扫描电镜、电子探针和电子背散射衍射仪对热疲劳试样V形缺口及裂纹区域的形貌和成分进行了深入分析。结果表明,不锈钢复合板热疲劳试样经 20~550 ℃ 7 500次冷热循环后,结合界面处V形缺口区出现微裂纹,且微裂纹起裂于V形缺口尖端基层侧。随着冷热循环的继续进行,微裂纹向基层内扩展,但并非沿着结合界面处扩展,而是沿着基层侧扩展。此外,热疲劳裂纹的起裂和扩展与氧化和应力作用有关,微裂纹起裂于热疲劳试样 V 形缺口区域基层侧表层局部氧化孔洞,并在冷热循环的应力作用下向基层内扩展,同时加剧氧化。随着冷热循环的继续进行,晶界氧化逐渐加剧,导致微裂纹扩展成更为明显的裂纹。     

单孔岩石水压致裂过程的数据模拟分析

应用岩石损伤破裂过程渗流-应力耦合分析系统F-RFPA^2D，模拟分析了含单孔岩石试样的水压致裂过程。通过对水力压裂过程中裂纹的萌生、扩展、渗透率演化规律及渗流——应力耦合机制的模拟分析，初步揭示了岩石水压致裂过程的失稳力学行为。进一步对比分析不同围压作用下的岩石裂纹的渐进扩展和破裂过程，数值模拟结果和实验结果具有较好的一致性。     

岩石断裂控制爆破的裂纹扩展

工程控制爆破,要研究岩石的定向断裂的理解纹扩展。本文在进行了动载荷作用下径向裂纹产生扩展过程的动光弹试验,对应力波的起裂作用,爆炸气体的扩裂作用进行了分析研究。文章指出：爆破岩石的应力历程及损伤只是岩石破裂首要条件,而原裂 存在条件影响裂纹扩展方向。探讨了爆破应力作用下被激活裂纹纹数分布规律和裂纹密度的表达式。     

单孔岩石水压致裂过程的数值模拟分析

应用岩石损伤破裂过程渗流-应力耦合分析系统F-RFPA2D,模拟分析了含单孔岩石试样的水压致裂过程。通过对水力压裂过程中裂纹的萌生、扩展、渗透率演化规律及渗流—应力耦合机制的模拟分析,初步揭示了岩石水压致裂过程的失稳力学行为。进一步对比分析了不同围压作用下的岩石裂纹的渐进扩展和破裂过程,数值模拟结果和实验结果具有较好的一致性。     

用改进的插销试验评定WDL钢的再热裂纹敏感性

本研究在改进的插销试验机上采用不等温应力松驰试验方法来评定武钢生产的ＷＤＬ钢的再热裂纹敏感性。并与等温应力松驰试验方法作了简要比较。试验得出了临界断裂初应力和断裂温度－时间“Ｃ”曲线。结果表明该钢种的再热裂纹敏感性较低。     

胶东夏甸金矿床成因：流体包裹体及同位素证据

为探讨夏甸金矿床成矿流体性质和来源,对该金矿-740~-820 m中段Ⅶ号矿体金矿石样品进行包裹体和S、H、O稳定同位素测定。夏甸金矿包裹体类型以富液体包裹体为主,其次为富气体包裹体和H₂O-CO₂三相包裹体,气液相比一般为10%~15%,{\mathrm{V}}_{\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}}\to {\mathrm{L}}_{\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}}和{\mathrm{L}}_{\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}}\to {\mathrm{L}}_{{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}}相态占比较少;均一温度为72~342 ℃,主要集中在140~280 ℃之间,峰值为200 ℃;盐度［w（NaCl）］为0.5%~15.0%,主要集中在1.0%~7.0%之间;压力为61~541 MPa,平均压力为321.5 MPa;Ⅱ、Ⅲ成矿阶段的数据表明,夏甸金矿成矿温度、盐度和压力随着成矿阶段的推进而逐渐降低。包裹体物质成分主要为CO₂、H₂O和CH₄,\delta {\mathrm{D}}_{{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}}平均值为 -56.45‰,\delta {\mathrm{O}}_{{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}}平均值为11.67‰,变化范围窄,黄铁矿δ³⁴S_V-CDT值变化范围为+6‰~+8.1‰,平均值为 +7.04‰。富CO₂包裹体、纯CO₂包裹体和CO₂-H₂O包裹体是夏甸金矿床在主成矿期捕获的主要包裹体类型,而H₂O溶液包裹体则主要出现在成矿晚期阶段,其成矿流体表现为温度中等、H₂O-CO₂-NaCl的较低盐度体系,并经历了流体相分离作用。H、O同位素特征表明主成矿期流体主要来自于壳源型花岗岩岩浆水,并有大气降水的加入,S同位素则指示硫源主要来自于胶东结晶基底岩系。     

基于空隙量守恒的覆岩裂隙带发育高度模型

预测与控制矿体开采覆岩裂隙带发育高度,是沉积型层系矿体上行开采与保水开采的关键。基于空隙量守恒理论,分析了上覆岩层随采动空隙扩散的岩移规律,以矿体采高、覆岩碎胀系数、裂隙带残余空隙率、顶板垮落和放顶高度为主控因素,建立了预测覆岩裂隙带发育高度的裂隙拱模型H_{\mathrm{1}}=f\left(H,k,{\epsilon }_{\mathrm{1}},h\right)。结合山西某煤下铝土矿采区上行开采的技术条件与采矿方案,开展了相似模拟试验,分析了覆岩空隙扩散规律。同时,在煤下铝土矿开采裂隙带高度模型的基础上,分析了采高、放顶高度与裂隙带高度之间的关系,提出了确定煤下铝土矿采高与放顶高度的方法。通过数值模拟和“三带”理论验证了基于空隙率守恒的裂隙带高度预测模型的有效性和煤下铝土矿开采技术方案的可行性。本文提出的覆岩裂隙带高度模型为预测裂隙带高度与制定覆岩移动控制方案提供了新方法和有益借鉴。     

地震动荷载下深埋巷道压力拱高度响应规律的数值模拟研究

为了揭示深埋直墙拱形巷道压力拱高度在单向水平地震动荷载下的响应规律,基于FLAC3D数值模拟和经典弹塑性理论,研究了围岩级别、巷道埋深、地震动荷载强度和地震动荷载作用时间对拱顶竖直方向上的围岩压力拱高度的影响规律.根据数值模拟结论,建立围岩压力拱的多元回归预测模型,并通过对比分析验证了结论的正确性.建立了压力拱高度与围...     

三山岛金矿西山矿区主要透水中段裂隙分布规律与三维建模

裂隙作为岩体变形的关键部位及可能的透水通道,严重威胁着矿山尤其是滨海矿山开采的安全。位于山东省莱州市的三山岛金矿西山矿区,地处渤海南岸海滨平原,矿区断裂发育,上覆海水持续威胁着矿山的安全生产。因此,查明裂隙的空间分布情况是研究矿区岩体稳定性及巷道突涌水的一项极为重要的基础工作。结合三山岛金矿西山矿区多年井下水文与裂隙监测数据,对主要透水巷道的裂隙倾向、倾角和间距等几何参数进行统计分析,绘制了裂隙走向玫瑰花图、倾向倾角极点等密度图以及各参数频率分布直方图,对裂隙参数进行了分布规律拟合,并通过MATLAB编程完成了各巷道围岩离散裂隙网络的三维几何建模,能够直观、动态地展示出裂隙的分布情况。结果表明：三山岛金矿西山矿区主要透水中段有-375, -510,-600 m中段,各中段按倾向皆可分成2～3个裂隙组,以NW向和SE向居多,倾角均较大。每组裂隙的倾向、倾角和间距等几何参数可近似认为服从对数正态分布、正态分布或负指数分布,为离散裂隙的定量化提供了可能。根据参数分布规律生成的三维裂隙网络模型能够较好地反映裂隙的几何特征。通过与矿区3条断裂带的对比,得出3组裂隙中属于张扭性断层F3断裂带的裂隙组的渗透能力较其他2组（F1、F2断裂带）强,可为考虑离散裂隙的巷道围岩稳定性分析、采矿过程中裂隙渗透性变化及突涌水通道的判别提供重要参考。     

基于Ventsim的深井线性热源对有效通风量的影响分析

随着矿产资源开采深度的日益增加,深井通风因其通风网络规模大、环境复杂等,面临着成本及能耗高的问题。考虑到深井高温环境具有大量且便利的热能,基于对深井温差能可利用性的理论分析,通过在回风井深部设置线性热源,运用Ventsim数值模拟的方法,研究了线性热源作用下温差能对矿井有效通风量的影响。结果表明：在矿井巷道干球温度处于25~48 ℃的范围内,线性热源的温度提升与矿井有效风量的提高呈正相关,且回风井内二者呈近似线性相关,但对于矿井底部风量基础值较小的水平巷道,回风井内线性热源对其有效风量的提升不明显;在线性热源作用下,不同的温度递增设置方案对于有效风量的提升也有一定影响,在线性热源温差范围相同的情况下,对温差间隔进行小幅度、多区间的合理设置,有利于提高温差能的利用率。     

全尾砂沉降浓缩试验研究

尾砂高效沉降浓缩是全尾砂高浓度充填的核心,随着选矿工艺的改进,尾砂的粒径越来越细小,导致尾砂沉降浓缩愈发困难,而在尾砂浆中加入絮凝剂能够极大地提高尾砂沉降浓缩的效率。针对国内某矿山尾砂颗粒细小、沉降浓缩困难的问题,通过开展沉降浓缩试验,以固体通量和底流浓度作为评价指标,得到沉降浓缩效率最佳的絮凝剂型号、给料浓度和絮凝剂添加量,并研究了给料浓度和絮凝剂添加量对尾砂沉降效率的影响规律。结果表明：最佳絮凝剂型号为HJ70010,最佳给料浓度范围为10%~12%,最佳絮凝剂添加量范围为10~15 g/t;当给料浓度为12%、絮凝剂添加量为15 g/t时,底流浓度达到64.4%,沉降速度为26.2 m/h,固体通量为3.43 t/（h?m²）;随着给料浓度的增加,固体通量呈现先增大后减小的抛物线状变化规律,底流浓度先增大后逐渐趋于稳定;随着絮凝剂添加量的增加,固体通量先增大后趋于稳定,底流浓度呈现先增大后减小的抛物线状变化规律。     

N型组合节理类岩体单轴压缩破坏试验

针对实际工程中平行与交叉裂隙组合呈N字形裂隙岩体的稳定性问题,以N型组合节理为研究对象,开展了N型节理类岩体试件超声波检测试验和单轴静载试验,结合断裂力学理论,分析其强度特征、破坏特征和超声波波速衰减规律。结果表明：（1）N型组合节理类岩体的裂纹类型依次有翼型裂纹和次生倾斜裂纹,其扩展路径最终均趋向于主应力方向,不同于单节理下的裂纹发展规律;（2）当主节理倾角一定时,主次节理夹角和节理条数对试件的物理性能有一定的影响。各组合节理试件的波速衰减率范围在0.9%～9.6%之间,且15°和90°夹角节理试件的波速衰减最快,而60°夹角节理试件的衰减最慢;（3）组合节理类岩体的本构关系、峰值强度和破坏特征均表现出非线性特征。峰值强度分布规律基本服从M型分布,不同于单节理下的U型分布,其中15°、30°、45°、75°和90°夹角试件,以及完整试件呈准脆性破坏,其他夹角试件呈脆性破坏。     

切缝药包爆破定向裂纹与张开节理相互作用的实验研究

为了探究切缝药包爆破定向裂纹与张开节理的相互作用过程,采用动态焦散线方法,结合高速摄影技术,开展了爆破模型实验研究。研究结果表明,张开节理对切缝药包爆破定向裂纹的扩展有阻滞作用,定向裂纹不会穿过张开节理继续扩展,而是在经过与节理相互作用后在节理端部产生两条翼裂纹。当定向裂纹垂直入射时,节理两端的受力状态基本相同,两条翼裂纹的起裂和扩展行为基本一致,两条翼裂纹的分布状态基本对称。张开节理的几何特征对翼裂纹起裂时的动态应力强度因子有显著影响,一定程度上决定了翼裂纹起裂的难易程度。当定向裂纹倾斜入射时,节理两端的受力状态存在差异,靠近定向裂纹入射点的一端能够获得更多的起裂能量,从而优先起裂和扩展,并形成更长的翼裂纹。      

Propagation of surface cracks on beam blank in the mould during continuous casting

ABSTRACT

We focus on crack propagation to investigate surface cracks in the mould during continuous casting, based on the crack initiation mechanism proposed in previous studies. The temperature and stress data of a solidified shell were extracted, and an extended finite element model based on the continuous damage theory of elastic–plastic materials was developed to simulate surface crack propagation. The results showed that, in the cracked area, stress concentration occurred at the crack tip, and the element split open and the crack propagated when the maximum principal stress in the stress concentration area reached the critical value. Prefabricated cracks in the fillet and web mainly developed into longitudinal cracks in the mould. The theoretical mechanism of this study was found to be the same as the crack propagation mechanism observed during the actual production of beam blanks. Thus, this study reveals the theoretical principle of crack initiation and propagation and can provide theoretical guidance for controlling surface cracks during beam blank continuous casting.     

异型连铸坯结晶器内表面纵裂萌生区域

 针对异型坯连铸过程中出现较多表面纵裂的问题,使用有限元软件ABAQUS建立铸坯二维微段模型,使用Fortran语言编写表面热流子程序DFLUX模拟铸坯在结晶器内的凝固传热过程,使用接触算法与重启动技术分析铸坯在热应力、表面摩擦力及钢水静压力下坯壳的受力状态。结合材料力学属性分析得出,[R]角、腹板中心、翼缘中心与窄面中心位置为异型坯表面纵裂纹最易萌生区域,[其中R]角处距离弯月面约200 mm处更容易萌生表面纵裂纹,腹板、翼缘中心与窄面中心距离弯月面180 mm处更容易萌生表面纵裂纹。