Strain Rate Effects on Dynamic Fractures in Fine‐grained Granitic Rock

The effect of dynamic strain rates on failure responses of a fine‐grained granitic rock is studied experimentally and theoretically. Theoretical investigation employs a model incorporating dynamic fracture criterion with damage mechanics theory. Experimental investigation is conducted using split Hopkinson pressure bar device. In order to investigate the effects of microstructure on dynamic fracture failure under different loading rates, fragment debris of each tested specimen is collected and analyzed. It is found through the debris analysis that the granitic rock breaks down into the fragment debris in grain size scales and the effect of strain rates on the formation of fragment debris appears to be related to the microstructure of the rock. It is also found that dynamic inertia induced by the dynamic loading can reduce the effect of friction confinement generated by the contact between the cylindrical specimen and two split Hopkinson pressure bars on the dynamic responses of the specimen. Theoretical evaluations agree with the corresponding experimental observations.     

小断面急倾斜天井VCR法一次爆破成井数值模拟研究

为研究小断面急倾斜天井VCR法一次爆破成井中的岩石夹制性问题,采用ANSYS/LS-DYNA3D非线性动力学有限元软件进行了小断面VCR法爆破成井的数值模拟。根据C·W利文斯顿球状药包理论,采用5孔布置、单孔中心掏槽、同分层中心孔与边孔不等高装药间隔起爆进行研究。通过对压力等值面云图和塑性应变场等值面分布云图的分析,得到药包起爆后应力传播规律和材料破坏特征。结合现场小断面急倾斜天井一次爆破成井试验,验证了同分层中心孔与边孔不等高装药间隔起爆对解决小断面急倾斜天井VCR法一次爆破成井所面临的岩石夹制性问题的可行性。     

金属薄膜屈服强度的鼓包法表征

本文采用鼓包法研究金属薄膜的屈服强度,对具有圆形自由窗口的镍薄膜一侧施加压力,薄膜受压变形的全场形貌用数字散斑相关法(DSCM)进行测量,并应用板壳理论分析小挠度变形下膜内应力分布情况。结果表明:圆形薄膜受压时首先从边缘开始屈服,从压力-挠度曲线偏离线性关系的临界点得到金属镍膜的屈服强度为467MPa,这和单轴拉伸法测量所得到的屈服强度值吻合较好。     

煤矿硬岩巷道掘进大直径炮孔爆破试验研究

增大药卷直径可提高炸药爆速,配以较大直径炮孔爆破能够增强岩石的破裂和破碎。为了提高煤矿硬岩巷道掘进爆破效率,在液压凿岩台车施工巷道首次进行大直径炮孔和大直径药卷中深孔爆破试验研究,同时对各段雷管起爆延期时间进行优化,其中第2段雷管的延期时间由原先的25 ms增加至50 ms,目的是使掏槽爆破后岩石有足够的时间破碎、运动和抛掷出槽腔,形成新的自由面。并配用底部集能装药掏槽爆破技术和水垫层周边光爆装药结构,爆破试验取得了良好的效果。     

低碳钢薄壁焊管液压胀形行为

为了研究焊管液压胀形过程的变形行为,在管材胀形性能测试系统上进行了不同长径比条件下低碳钢(STKM11A)薄壁焊管的胀形实验,获得了焊管的壁厚分布规律、胀形区轮廓形状、极限膨胀率和应变分布规律。结果表明:管材焊缝区的减薄率仅为2.4%~5.5%,等效应变仅为0.05~0.10,变形程度相对母材区较小,主要发生几何位置移动。环向壁厚的最薄点位于以焊缝为中心的对称两侧士30°位置处。随着胀形区长度增大,管材破裂压力、减薄量、极限膨胀率均发生减小,胀形区轮廓逐渐偏离椭圆形,当长径比达到2.0时,已不再适合用椭圆函数描述。此外,胀形区长度增大过程中,管材从双拉向平面应变状态发生转变,在此基础上建立了焊管的成形极限图。     

等通道转角挤压制备超细晶材料的研究与发展

等通道转角挤压(Equal channel angular pressing,ECAP)是大塑性变形制备超细晶材料的方法之一,具有大晶粒尺寸的材料可以在室温下挤压达到超细晶尺度。从ECAP模具参数、工艺条件影响因素、模具及制备方法改进、细化机理、制备的超细晶材料组织稳定性及性能方面进行总结,并结合部分研究结果可知,ECAP模具正在不断被优化和改进,复合挤压技术不断出现,目前已实现超细晶材料的连续ECAP挤压制备技术。等通道转角挤压的晶粒细化主要是由于剪切力的作用和第二相粒子的作用,ECAP晶粒细化机理及组合工艺的研究是目前研究的热点。超细晶材料在不同领域的应用对其性能提出的更高要求,对其大塑性变形制备技术本身也是挑战。     

大塑性变形工艺制备纳米晶过饱和固溶体的研究进展

合金在大塑性变形过程中能够形成纳米晶过饱和固溶体,呈现出不同于传统粗晶材料的微观结构和独特性能。近年来,纳米晶过饱和固溶体的形成机制及其热稳定性已成为国内外的一个研究热点。综述了大塑性变形工艺(如机械合金化法、高压扭转法等)制备纳米晶过饱和固溶体的研究概况,着重讨论分析了大塑性变形诱导纳米晶形成和固溶度扩展的几种机制及其局限性,简要介绍了纳米晶过饱和固溶体的热稳定性及其影响因素,最后对该领域今后的研究方向做出了分析和展望。     

主动围压下岩石爆炸动态响应数值模拟

针对深部岩石在爆破作用下的失效机理和破坏过程,基于ANSYS/LSDYNA软件,在水平方向和竖直方向进行围压约束来模拟岩石受到的地应力作用。选取单向围压、等值双向围压和非等值双向围压对中心孔爆破下岩石动态响应进行研究。将数值模拟结果与模型实验结果对比,分析爆炸应力波的传播过程,并讨论了不同围压约束对爆炸后裂纹扩展的影响。结果表明,初始围压作用对爆炸应力波的传播影响较小;初始围压会抑制爆破裂纹扩张;竖直方向围压主要抑制水平方向裂纹扩张,水平方向围压主要抑制竖直方向裂纹扩张。     

爆破成井装药结构与中心孔药量的模拟与实践

为研究小断面急倾斜天井采用VCR法一次爆破成井的中心孔药量问题,采用ANSYS/LS-DYNA对成井过程进行了数值模拟。根据C·W利文斯顿球状药包理论,采用5孔布置、单孔中心掏槽、同分层中心孔与边孔不等高装药模拟成井过程。通过观察爆炸作用下岩石塑性应变场的变化,确定该方法能够很好地解决岩石夹制性问题。进而,改变中心孔药量进行多组模拟,发现不同中心孔药量与井壁上不同位置的单元应力对岩石抗拉强度的二阶矩的值呈非线性关系,并由此总结出中心孔药量的确定方法。工程实例验证了采用不等高装药与使用合理的药量能够达到理想的成井效果。