关于集中力作用线下的几个位移特解及评论

直接用应变积分的方法得到在集中力作用线下的几个弹性力学位移特解。定积分的一个端点离开集中力作用点有一微小的距离，说明当此距离趋近于0时这些位移解的渐近奇异性是合理的。对有关解答做了比较，说明了其之间的区别和联系。用应变积分求位移特解的解法容易将解推广到材料正交各向异性的情况。举出一个应用实例说明用应变积分求位移特解的方法，对解的物理意义有更直接更清楚的表示，从而指正一篇文献对集中力作用下岩石表面变形趋势的误解。     

用平台巴西圆盘试样确定脆性岩石的弹性模量、拉伸强度和断裂韧度——第一部分:解析和数值结果

用平台巴西圆盘试样在一次试验中同时测定脆性岩石的弹性模量E、拉伸强度ts和张开型断裂韧度IcK。根据应力分析的结果和Griffith 强度准则,为了保证试样在加载过程中由中心部位起裂,平台对应的加载角必须大于一个临界值(a2≥20°),并以此条件确定平台的最小相对宽度。理论分析表明,可以根据记录的载荷-位移破坏全过程曲线(包括最大载荷之后过程的记录),由初始直线段确定E,由最大载荷确定ts,由紧随其后的最小载荷确定IcK。给出E,ts和IcK相应的计算公式,公式中的关键参数由严格的有限元分析标定。还给出了一些基于弹性力学的近似解析公式,它们的精度也用有限元分析做了验证,因此,利用这些公式所得的结果是可靠的。     

边切槽圆盘试样的岩石动态断裂韧度实验

 提出用边切槽圆盘试样测量岩石动态断裂韧度的实验方法。在分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar-SHPB)的入射杆杆端附加劈尖及其基座,实现对试样施加高速率的劈裂载荷;将劈裂载荷时间历程及裂纹扩展时间输入有限元法计算模型得到动态应力强度因子时间历程;3个应变片粘贴在试样的切槽前端韧带上,测定裂纹扩展起始时间和扩展过程;结合动态应力强度因子历程和裂纹扩展时间,获得试样的起裂动态断裂韧度值。对大理岩实验的结果表明,边切槽圆盘试样能得到理想的劈裂加载;当加载速率为2.88×104 MPa·m1/2·s-1时,所测大理岩的动 态断裂韧度为5.15 MPa·m1/2,大理岩的断裂韧度在高加载速率下明显地提高。     

用SCDC试样测试岩石动态断裂韧度的新方法

 利用大直径(?100 mm)分离式霍普金森压杆对大尺寸(150 mm×80 mm)压缩单裂纹圆孔板(SCDC)试样冲击加载,采用实验–数值–解析法测定了青砂岩的I型动态起裂韧度和动态扩展韧度。试样的起裂时刻和裂纹扩展速度由黏贴在裂尖附近的裂纹扩展计确定,通过对比发现,裂纹扩展计的准确性和灵敏性都比黏贴在同一试样对应位置的普通应变片更好。实验–数值–解析法根据实验数据获取试样两端的加载历程,利用有限元数值计算和普适函数的半解析修正,综合考虑材料惯性效应和裂纹扩展速度对动态应力强度因子的影响,较准静态方法更适于采用大尺寸试样确定岩石动态断裂韧度。实验–数值–解析法所确定的高加载率和高裂纹扩展速度下砂岩的动态断裂韧度值分别随动态加载率和裂纹扩展速度的提高而增加。最后,通过对SCDC试样裂纹扩展路径上应变片的断裂时间分析,确定了利用SCDC试样实现动态止裂的可能性。     

霍普金森杆冲击压缩单裂纹圆孔板的岩石动态断裂韧度试验方法

对压缩单裂纹圆孔板(single cleavage drilled compression--SCDC)砂岩试样,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)冲击加载,进行了岩石张开型(I型)动态断裂实验。分别采用2种方法确定砂岩的动态断裂韧度,第1种方法是实验-数值法:由SHPB弹性杆上应变片获得作用在试件上的加载力,然后输入有限元分析程序求得试样裂尖动态应力强度因子,对应于裂尖起裂时刻的动态应力强度因子即为材料动态断裂韧度值;第2种方法是准静态法:将载荷峰值代入静态应力强度因子公式确定动态断裂韧度。2种方法的结果差异较大,对无量纲裂纹长度a/R= 0.64(A组)试样,准静态方法确定的断裂韧度值要比实验-数值法确定的断裂韧度值平均要小35%~62%;对无量纲裂纹长度a/R=1.61(B组)试样,准静态方法的计算结果比实验-数值法的计算结果平均要小72%~83%。从原理上讲,实验-数值法比准静态法能更合理地测定岩石的动态断裂韧度。     

水泥砂浆断裂韧度的尺寸效应研究

用两种不同配合比的水泥砂浆分别制作了三组几何相似的矩形截面直裂缝三点弯曲梁.在MTS815材料试验机上进行试验,记录了试件的荷载-加载点位移(P-δ)和荷载-裂缝端口张开位移(P-ωCMOD)的全过程曲线.利用最大荷载和初始裂缝长度求得的线弹性断裂韧度存在明显的尺寸效应.为此,基于虚拟裂缝模型,认为裂缝端口张开位移是荷载、自霞和黏聚力共同作用的结果,求解该位移公式得到断裂过程区长度值,用断裂过程区长度修正初始裂缝长度后,再代入三点弯曲梁应力强度因子公式,进而得到尺寸效应程度较弱的等效断裂韧度值.     

有限域中高精度应力集中系数和应力强度因子表达式

在近似解析的基础上,采用渐近（极限）修正的方法,推出有限域中3个典型的孔、洞和裂纹模型的应力集中系数和应力强度因子的高精度表达式。     

关于“节理岩体拉剪断裂与强度研究”一文的一点看法

《岩石力学与工程学报》1998年第3期刊登了“节理岩体拉剪断裂与强度研究”一文(以下简称“原文”)[1],在其结语中提出“原文”的主要贡献是“建立Hoek-Brown准则中材料常数m,s与岩石的断裂韧度KIc,KIIc的关系”。笔者阅后认为,此关系的推导前提存在缺陷,现提出来希望引起作者和读者重视。比较熟悉断裂力学基础理论的都知道[2],应力强度因子(KI,KII)是表征裂纹尖端应力奇异性强度的参数,由KI,KII表达的裂尖应力场,即原文的(3),(4),(5)三式,都只能适用于裂纹尖端附近的局部区域,用r表示到裂尖的距离,这些公式应用的条件是r→0。“原文…     

为什么不加限制地使用裂纹尖端应力公式是不恰当的

断裂力学正日益广泛地应用于岩石力学的研究中 ,这是好事。然而 ,忽视断裂力学基础理论的使用条件 ,研究成果在理论上会站不住脚 ,也就因此失去了它应用的价值。文 [1]本来只想点到为止 ,因为笔者原本相信 ,“心有灵犀一点通”。现在看来 ,文 [2 ]仍想继续误导读者 ,因而有必要再多谈一点。断裂力学中有一个著名的模型 ,即拉伸中心裂纹无限大板 ,设其裂纹长度是 2 a,远场拉伸应力σ,在不少断裂力学教材中都可以找到其应力场的准确解 [3 ] ,现考察裂纹延长线上的拉伸应力分量 ,此应力的准确值σexact是σexact=σ a2 r1 r/a1 r/2 a (1)式中 :…     

确定动态劈裂裂纹起裂和扩展特性的简便方法

利用直径100 mm的分离式霍普金森压杆对大理岩巴西圆盘进行了动态劈裂试验。在试样表面加载直径方向粘贴一系列电阻应变片,用来记录试样加载直径上各点的应变随时间的变化曲线,通过记录的应变历程,可以判断劈裂试样的起裂应变、起裂位置和时刻,以及裂纹的扩展顺序和裂纹扩展的速度。试验结果表明,裂纹的起裂对应着该点的应变历程上应变值的突变。裂纹起裂一般并不在试样中心,而是偏向中心和入射杆撞击端之间的某一点,然后裂纹沿加载直径向两个相反方向发展,直至试样完全劈裂为比较大的两部分。裂纹扩展的速度大约为400~800 m/s,试样从开始起裂到完全裂开的破坏时间约为几十个μs。当应变率比较低时,裂纹在扩展过程中的分岔点比较少,因而破坏形态较好,当应变率比较高时,裂纹在扩展过程中的分岔点比较多,破坏形态也比较多。因此,在巴西圆盘加载直径上粘贴一系列应变片来研究脆性材料的动态起裂和扩展特性,是一种简便高效的试验方法。