远距离下解放层开采在深部矿井的实践

依据采场上覆岩层的垮落规律,分析了当解放层开采后上覆岩层的受力状态。结合断裂力学裂纹扩展理论,建立被解放层的断裂力学模型,并采用最大周向应力准则确定裂纹扩展的临界应力。工程实践表明,深井解放层开采后,被解放层透气性大幅提高,大量吸附态的瓦斯解吸,工作面回采时回风流瓦斯浓度维持在0.4%左右,满足了安全回采的要求。     

基于线弹性断裂力学的注塑机拉杆组件的微裂纹稳定要素的研究及应用(上)

基于线弹性断裂力学的微裂纹理论,分析了注塑机拉杆组件的微裂纹稳定要素与断裂之间的关联。纠正了传统的拉杆组件非对称循环的运动力学的特性的观点,首次提出了拉杆组件脉动循环的弹性力学的运动特性的新观点,为科学运用微裂纹稳定的应力强度因子理论奠定了理论基础。创建了微裂纹稳定的应力强度因子的判据理论,解释了拉杆断裂的力学因素,提供了卸载性能的微裂纹稳定的理论设计依据。结合实例,提出了微裂纹稳定的可靠性安全系数均值、承载能力的综合系数、脉动循环屈服强度等三个要素的工业设计理论及应用原则,提出了微裂纹稳定的卸载段直径、螺纹段底径及拉杆螺母的设计理论及确定原则。研究了线弹性断裂力学要素与弹性力学性能之间、与质量控制之间的关联,探索提高微裂纹稳定的质量要素研发方向。运用创新的拉杆组件的线弹性断裂力学要素的工业设计理论,分析了断裂失效实例,进一步说明线弹性断裂力学要素的微裂纹失稳的研究有助于预测和防止拉杆组件的断裂现象的发生。     

煤层底板裂隙的断裂力学模型及其应用

基于煤层底板裂隙的构造发育特征,建立了拉剪性裂隙的断裂力学模型,并根据断裂力学理论得出裂隙扩展的临界条件。根据实验测得的实际数据,利用RFPA2D软件,模拟了在不同岩桥倾角下翼裂纹的起裂、扩展、贯通及最后造成试件的失稳破坏过程。实验结果表明,在外部应力作用下,裂隙的起裂扩展与裂隙倾角发育的密度、间距等空间分布规律有密切关系,高角度裂隙更易于发生扩展连通,裂隙密度越大,间距越小,越易发生扩展而导致岩体失稳破坏。     

数字梯度敏感法在静态断裂力学实验中的应用

为了研究断裂力学问题中裂纹尖端区域的局部变形场和断裂特性,采用数字梯度敏感法对带有中心贯穿裂纹的有机玻璃有限宽板条进行了静态实验研究。实验过程中通过CCD记录裂纹尖端区域不同应力状态下的散斑图,对记录的散斑图进行相关运算,得到了不同应力状态下裂纹尖端周围区域内的光线偏转角,并通过偏转角对Ⅰ型裂纹的应力强度因子进行了提取。结果表明, 通过数字梯度敏感方法计算得到的应力强度因子与理论值吻合相对较好。     

类岩石材料有序多裂纹体单轴压缩破断试验与翼形断裂数值模拟

为研究断续岩石裂纹产状特性对岩体强度的影响和岩桥破断规律,在水泥砂浆中预制有序多裂纹体,开展单轴压缩下类岩石材料有序多裂纹体破断试验。研究发现：有序多裂纹体破断模式主要为排间翼形拉裂纹贯通、排间拉伸—剪切裂纹贯通和排内倾斜剪切裂纹贯通。当裂纹倾角较小（如倾角为25°和45°）时,随裂纹密度的增加,试件表征峰值强度总体上呈衰减趋势,而残余强度总体上呈增加走势;裂纹倾角较大（如倾角为75°和90°）时,裂纹密度对表征峰值强度无显著影响,其残余强度特性表现不明显;相同裂纹密度下倾角从25°变化到90°,试件表征峰值强度总体上呈增加趋势。提出主控岩桥贯通模式的概念,倾角25°试件的主控岩桥贯通模式大都是斜对角线上排间拉伸-剪切裂纹贯通;倾角45°试件的主控岩桥贯通模式为：翼形裂纹贯通和斜对角线方向上共面次生剪切裂纹贯通两种模式。裂纹尖端应力-应变集中特性揭示了压剪裂纹尖端的拉应变集中是岩石翼形裂纹萌生的本质原因,而裂纹端部的双向压应力-应变集中导致次生剪切裂纹萌生。从岩石断裂力学基本理论出发,引入点剪切安全系数,构建基于ANSYS的岩石多裂纹体翼形断裂扩展的数值分析模型,阐明了单轴压缩下有序多裂纹体翼形断裂贯通的力学机制,其数值结论与物理试验基本相吻合。     

弹塑性断裂随机分析的工程方法

为解决弹塑性断裂随机分析的参数计算问题，发展了前人的“弹塑性断裂力学工程方法”。以单边裂纹板为例，应用随机有限元进行全塑性无量纲断裂参数及其对基本随机变量变化率表值的计算，借助表值，通过插值进行断裂参数的计算和弹塑性断裂随机分析。结果表明工程估算方法与直接随机有限元方法所得结果较接近。     

焊接接头的疲劳寿命评估问题

根据前人的试验和研究成果，定义焊趾处的工程检测到的表面裂纹长度为0.5mm．此前对应的循环次数为工程萌生寿命。给出了基于修正的Neuber法。并考虑了焊接残余应力影响的工程裂纹萌生寿命和基于断裂力学的裂纹扩展寿命的计算方法。     

平面问题及反平面问题的第二类边界积分方程—边界元方法的基本解

从三维第二类边界积分方程——边界元的基本解出发,直接统一导出了相应的平面问题及反平面问题的基本解,其中反平面问题的基本解为首次给出。     

冻融环境下不同预制裂缝混凝土断裂性能研究

对不同相对切口深度的预裂缝混凝土试件进行冻融循环试验,循环次数分别为0、25、50、75、100次。对冻融循环后的试件进行三点弯曲试验,观察试件的表观变化,并利用扫描电子显微镜和立体显微镜观察试件裂缝的情况。分别从宏观力学性能、损伤劣化规律、细微观结构等方面对冻融环境下混凝土断裂力学性能进行研究,并根据混凝土的损伤理论,定义了混凝土基于微缺陷及动弹性模量的损伤变量。结果表明:混凝土冻融循环损伤是初始缺陷发展、劣化并累积的过程;混凝土断裂韧度与初始裂缝相对深度无关,与抗弯强度具有良好的线性相关性。