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Accumulated damage failure mechanism of anchoring structures under cyclic impact disturbance
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作者 Peng Wang Nong Zhang +7 位作者 Jiaguang Kan Qun Wei Zhengzheng Xie Aoran Li Zhe He Jinghua Qi Xingliang Xu Changrui Duan 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第12期1693-1709,共17页
Cyclic impact induces ongoing fatigue damage and performance degradation in anchoring structures,ser-ving as a critical factor leading to the instability of deep roadways.This paper takes the intrinsic spatio-temporal... Cyclic impact induces ongoing fatigue damage and performance degradation in anchoring structures,ser-ving as a critical factor leading to the instability of deep roadways.This paper takes the intrinsic spatio-temporal relationship of macro-microscopic cumulative damage in anchoring structures as the main thread,revealing the mechanism of bearing capacity degradation and progressive instability of anchoring structure under cyclic impact.Firstly,a set of impact test devices and methods for the prestressed solid anchor bolt anchoring structure were developed,effectively replicating the cyclic impact stress paths in situ.Secondly,cyclic impact anchoring structure tests and simulations were conducted,which clarifies the damage evolution mechanism of the anchoring structure.Prestress loss follows a cubic decay func-tion as the number of impacts increases.Under the same impact energy and pretension force,the impact resistance cycles of extended anchoring and full-length anchoring were increased by 186.7%and 280%,respectively,compared to end anchoring.The rate of internal damage accumulation is positively corre-lated with impact energy and negatively correlated with anchorage length.Internal tensile cracks account for approximately 85%.Stress transmission follows a fluctuating pattern.Compared to the extended anchoring,the maximum vibration velocity of the exposed end particles in the full-length anchoring was reduced by 59.31%.Damage evolution exhibits a pronounced cumulative mutation effect.Then,a three-media,two-interface mechanical model of the anchoring structure was constructed.It has been clarified that the compressive stress,tensile stress,and oscillation effect arising from rapid transi-tions between compression and tension are the primary internal factors responsible for the degradation of the anchoring structure’s bearing capacity.Finally,the progressive instability mechanism of the anchoring structure under cyclic impact was elucidated.The mutual feedback and superposition of media rupture,interface debonding,and bearing capacity degradation result in overall failure.The failure pro-cess involves stages dominated by oscillation-compression,tensile stress,and compression failure.A tar-geted control strategy was further proposed.This provides a reference for maintaining the long-term stability of deep roadways under dynamic impact loads. 展开更多
关键词 cyclic impact Anchoring structure Cumulative damage Bearing capacity degradation Progressive instability
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不同冲击荷载作用下风积砂混凝土动力学特性及能量耗散规律研究
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作者 张慧梅 王丹 陈世官 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第2期210-218,共9页
为探讨风积砂混凝土单次及循环冲击荷载作用下动力学特性及能量耗散规律,本文通过分离式霍普金森压杆装置,对风积砂混凝土试件进行动力学试验,探究单次、循环冲击作用下的宏观破坏模式、动力学特性和能量耗散特征。结果表明:单次冲击作... 为探讨风积砂混凝土单次及循环冲击荷载作用下动力学特性及能量耗散规律,本文通过分离式霍普金森压杆装置,对风积砂混凝土试件进行动力学试验,探究单次、循环冲击作用下的宏观破坏模式、动力学特性和能量耗散特征。结果表明:单次冲击作用下,随着冲击气压的增大,试件破碎程度越高,块度粒径越小,峰值应力及峰值应变均增大,并表现出明显的应变率相关性,试件强度增大,单位体积吸收能增大,能量吸收率则减小。循环冲击作用下,试件发生破坏所需的冲击次数随冲击气压的增大而减小,恒定气压下,随着冲击次数增加,试件破碎块度由大粒径向中、小粒径过渡,峰值应力正相关,峰值应变负相关,单位体积吸收能及能量吸收率呈总体下降趋势。风积砂影响混凝土抗冲击性能,原因在于其减少孔隙体积及分布,达到消耗冲击能量,减小结构冲击响应的作用。同时,改变了颗粒级配及混凝土密实度,改善了界面过渡区结构,最终达到增强混凝土抗冲击性能的作用。 展开更多
关键词 风积砂混凝土 分离式霍普金森压杆 循环冲击 破坏模式 应变率 动态增长因子 动力学特性 能量耗散
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循环冲击荷载下含裂隙岩石能量耗散与损伤特性
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作者 张杰 孙杨 +1 位作者 洪伟 李守奎 《金属矿山》 北大核心 2025年第2期41-47,共7页
为探究裂隙岩石在循环冲击荷载下的能量耗散与损伤特性,采用水刀切割技术预制不同倾角裂隙的花岗岩试样,利用分离式SHPB试验装置开展循环冲击试验。在循环冲击过程中,采用核磁共振设备进行孔隙度及T_(2)图谱测定,从细观结构层面揭示岩... 为探究裂隙岩石在循环冲击荷载下的能量耗散与损伤特性,采用水刀切割技术预制不同倾角裂隙的花岗岩试样,利用分离式SHPB试验装置开展循环冲击试验。在循环冲击过程中,采用核磁共振设备进行孔隙度及T_(2)图谱测定,从细观结构层面揭示岩样的损伤演化过程;结合能量耗散与损伤变量的理论计算,定量分析含裂隙岩石的损伤破坏特征。研究发现:裂隙岩石在循环冲击过程中,其累积损伤增长速率逐渐增大,变化曲线呈下凹型,岩样破坏时损伤增量显著增大;岩样耗散能占比和能时密度均随裂隙倾角的增大呈“倒U型”变化趋势,与累积损伤值随裂隙倾角变化趋势一致。预制裂隙倾角与应力加载方向为30°~60°的岩石内部孔隙发育较为活跃,裂隙倾角为45°的岩样在相同冲击应力下的裂纹萌生数量较多,抗冲击能力最弱;岩石破裂时,中、大型孔隙发育最为显著。 展开更多
关键词 循环冲击荷载 裂隙岩体 能量耗散 累积损伤 破坏特征
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循环冲击作用下冻融红砂岩动力学特性与损伤机理 被引量:1
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作者 张蓉蓉 沈永辉 +2 位作者 马冬冬 平琦 杨毅 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期131-146,共16页
为探索循环动力扰动作用下冻融岩体的强度和变形特性及损伤机理,开展了两种冲击气压下冻融红砂岩的循环冲击试验,研究了循环冲击次数和冻融次数对应力波传播、动态应力-应变曲线、峰值应力和峰值应变的影响规律;基于Lemaitre应变等效原... 为探索循环动力扰动作用下冻融岩体的强度和变形特性及损伤机理,开展了两种冲击气压下冻融红砂岩的循环冲击试验,研究了循环冲击次数和冻融次数对应力波传播、动态应力-应变曲线、峰值应力和峰值应变的影响规律;基于Lemaitre应变等效原理,提出了能够综合考虑循环冲击和冻融影响的累积损伤因子的计算方法,分析了冻融和循环冲击作用后红砂岩的微观结构特征。结果表明:循环冲击荷载下不同冻融次数处理后的红砂岩试样均呈拉伸破坏模式;红砂岩试样可承受的循环冲击次数与冻融次数呈负相关,冻融75次后试样在首次冲击后即达到破坏状态;循环冲击次数主要影响透射波的起跳点、峰值点对应的横坐标和振幅以及反射波的振幅,而冻融循环次数对第一次冲击时透射波的起跳点、峰值点对应的横坐标和振幅影响较大;红砂岩试样累积损伤因子与动态峰值应力呈现较好的负相关变化规律;冻融和循环冲击复合作用后红砂岩内部裂纹沿颗粒边界扩展且与孔洞连接形成较为复杂的网络。 展开更多
关键词 循环冲击 红砂岩 冻融循环 分离式HOPKINSON压杆 累积损伤因子
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循环冲击荷载作用下煤岩组合体力学响应和能量耗散特征研究
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作者 杨科 郑诗章 +4 位作者 刘文杰 许日杰 张寨男 刘帅 池小楼 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第20期150-161,共12页
为探究循环冲击下煤岩组合体的力学响应与能量耗散特征,采用分离式霍普金森压杆试验系统,设计开展5种不同冲击速度的煤岩组合体循环冲击压缩试验,对比分析不同冲击速度下组合体动态应力应变关系、能量耗散特性和破坏特征。研究结果表明... 为探究循环冲击下煤岩组合体的力学响应与能量耗散特征,采用分离式霍普金森压杆试验系统,设计开展5种不同冲击速度的煤岩组合体循环冲击压缩试验,对比分析不同冲击速度下组合体动态应力应变关系、能量耗散特性和破坏特征。研究结果表明:循环冲击下煤岩组合体存在明显的临界效应,冲击速度低于临界速度时动态抗压强度在冲击前期迅速降低,峰值应变变化率随冲击速度增加而降低;循环冲击下试件总吸收能和分形维数逐渐增大,在临界速度时达到峰值,超过临界速度后两者皆降低;冲击速度超过临界速度后,总吸收能相同时循环冲击条件下煤岩体破坏程度高于单次冲击;当煤岩强度比为1∶2时,随着总吸收能的增加,岩体从积聚和传递能量作用转向于加剧组合体破坏;冲击作用下组合体呈张拉劈裂破坏,低速条件下宏观裂纹萌发主要发生在远离胶结面的煤体端面,随着冲击速度增大远离胶结面岩体一侧亦有裂纹出现,根据失稳发生区域组合体破坏类型分为煤体失稳型和组合体失稳型,循环冲击下均发生组合体失稳型破坏。研究结果为软弱岩层动压巷道与采场围岩稳定性控制提供基础研究。 展开更多
关键词 循环冲击 煤岩组合体 动力学特性 能量耗散 分形维数 裂纹扩展
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循环冲击下大理岩的损伤力学行为及能量耗散特性
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作者 王志亮 汪大为 +1 位作者 汪书敏 巫绪涛 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期47-59,共13页
为了研究循环冲击荷载作用下大理岩的动态力学行为和能量耗散特性,首先采用分离式霍普金森压杆,通过试冲法确定出5种代表性的入射子弹速度,据此完成了大理岩试样的等幅循环冲击试验,并对试样的应力均匀性进行了检验。接着,从应变率时程... 为了研究循环冲击荷载作用下大理岩的动态力学行为和能量耗散特性,首先采用分离式霍普金森压杆,通过试冲法确定出5种代表性的入射子弹速度,据此完成了大理岩试样的等幅循环冲击试验,并对试样的应力均匀性进行了检验。接着,从应变率时程曲线、应力-应变关系、冲击次数和能量耗散特性等方面对测试数据进行了系统分析。最后,基于能量演化定义损伤变量,探讨了能量耗散与岩样损伤发展之间的关联机制。结果表明:试样应变率时程曲线在低弹速下会出现变化率恒定的平台段,应力-应变曲线在峰后阶段均产生一定的回弹;随着循环次数的增加,试样峰值应力总体减小,而峰值应变、平均应变率和累积比能量吸收值则变化趋势相反,且在临近破坏或开裂前其变化速率呈现突增现象;峰值应力与平均应变率存在明显的线性关系,弹性模量随平均应变率的变化整体上符合指数衰减规律;试样的耗散比能与平均应变率之间呈线性正相关,基于能量耗散定义的损伤变量可以较好地表征该大理岩试样动载下的损伤破坏过程。 展开更多
关键词 大理岩 循环冲击 动力学特性 能量耗散 损伤演化
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某迫榴炮击针疲劳寿命仿真与提升研究
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作者 宁变芳 王涛 +2 位作者 韩璇璇 崔青春 张凡凡 《火炮发射与控制学报》 北大核心 2024年第3期87-92,共6页
击针大多采用细长及变截面结构,在循环撞击力作用下,易引起结构应力集中及交变应力,经常出现疲劳断裂故障,严重影响自动武器的可靠性,甚至威胁到作战人员安全。某迫榴炮击针在试验中偶发断裂现象,疲劳寿命约200发左右,为了提升该击针疲... 击针大多采用细长及变截面结构,在循环撞击力作用下,易引起结构应力集中及交变应力,经常出现疲劳断裂故障,严重影响自动武器的可靠性,甚至威胁到作战人员安全。某迫榴炮击针在试验中偶发断裂现象,疲劳寿命约200发左右,为了提升该击针疲劳寿命,基于载荷传递过程,建立了击针在火药气体反冲力下高速运动与限位块的瞬态撞击模型,获取击针撞击过程交变应力,通过循环载荷作用下击针疲劳寿命评估,计算击针疲劳寿命与试验现象基本一致,验证了计算模型的准确性。在此基础上,开展了不同材料击针疲劳寿命提升研究,研究表明,将击针材料由PCrNi3Mo更换为30CrNi2MoVE后,击针疲劳寿命由215发提升到1670发,提升效果显著,改进后的击针经实弹射击试验验证在规定寿命周期内未发生断裂现象。 展开更多
关键词 迫榴炮 发射过程 载荷传递 瞬态撞击 循环载荷 疲劳寿命
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低能量循环冲击作用下锚杆支护系统动态响应特征试验研究
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作者 娄金福 卢志国 +4 位作者 董双勇 付玉凯 彭相愿 李建忠 杨磊 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第5期65-76,共12页
为定量探究循环冲击下锚杆支护系统动态响应特征,采用自主研制的冲击试验平台对锚杆支护系统进行5 000 J能量循环冲击,并同步跟踪锚杆杆体变形、载荷、吸能及围岩破碎特征等参数信息。试验结果表明:随循环冲击次数的增加,杆体响应时间... 为定量探究循环冲击下锚杆支护系统动态响应特征,采用自主研制的冲击试验平台对锚杆支护系统进行5 000 J能量循环冲击,并同步跟踪锚杆杆体变形、载荷、吸能及围岩破碎特征等参数信息。试验结果表明:随循环冲击次数的增加,杆体响应时间差先快速降低再缓慢增大,杆体载荷和能量吸收特征参数均先增大后下降,三者均在第2次冲击时达到极值;循环冲击下锚杆杆体晶格结构被拉伸,导致杆体抗变形能力增强,因此等能量冲击下杆体峰值变形量呈降低趋势,但杆体变形速率在第2次冲击时达到最大值;首次冲击使围岩层间空隙压实,完整性提高,承载能力增强;第2次冲击时,杆体载荷、变形及吸能特征等各项参数达到最大值;越靠近巷道表面的围岩,破碎程度越高,裂隙分布越复杂,与现场实测结果相吻合。研究成果可为优化动载巷道支护设计提供参考。 展开更多
关键词 锚杆 循环冲击 动态响应特征 巷道支护 冲击地压
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循环冲击下预加静载岩石损伤破坏机制
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作者 王汉鹏 王伟 +2 位作者 张冰 邱廷麟 侯夫斌 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1860-1872,共13页
为研究深部地下工程高地应力静载与采掘爆破施工等循环扰动耦合作用下岩石的损伤破坏机制,利用自主研发的多应变率动静叠加岩石力学试验系统,开展了不同预加静载(0.45σ_(c)、0.65σ_(c)、0.85σ_(c))叠加循环冲击荷载以及相同预加静载... 为研究深部地下工程高地应力静载与采掘爆破施工等循环扰动耦合作用下岩石的损伤破坏机制,利用自主研发的多应变率动静叠加岩石力学试验系统,开展了不同预加静载(0.45σ_(c)、0.65σ_(c)、0.85σ_(c))叠加循环冲击荷载以及相同预加静载叠加不同频率(0.5、1.0、2.0 Hz)循环冲击荷载的砂岩动静叠加试验。试验结果表明:动静叠加试验中岩石峰值强度小于静载试验,最大变形量大于静载试验,表明动静叠加荷载对岩石损伤具有显著促进作用,且不同动静荷载叠加下岩石强度、变形、破坏等演化规律具有一致性,其中峰值强度、破碎持续时间与预加静载呈线性负相关,与循环冲击频率呈对数正相关;最大应变、裂隙分形维数、碎块分形维数与预加静载呈线性正相关,与循环冲击频率呈对数负相关;不同动静叠加下岩石表面裂隙与碎块粒径分形维数演化趋势基本一致,且前者略大于后者,表明岩石表面及内部裂隙发育的同步性,相比岩石内部三维应力状态,表面更利用裂隙萌生与扩展;不同动静叠加条件下岩样破坏模式发生转变,随着预加静载的增大或冲击频率的减小,破坏模式经历“斜面剪切破坏—竖向拉伸破坏—整体爆裂破坏”的转变,且爆裂破坏位置由底部向整体扩展。为定量表征循环冲击下预加静载岩石损伤机制,结合理论分析与试验数据,建立了综合考虑静载损伤与不同峰值、频率、次数循环冲击损伤以及应变率强化效应的动静叠加损伤因子,进而开展了4组不同参数下的动静叠加试验,理论计算与试验结果对照误差率分别为0.5%、1.8%、0.6%、1.7%,误差均较小;但基于动静叠加损伤因子的理论计算强度均小于试验强度,初步分析这是由于高频循环冲击下损伤发育存在细观滞后性,循环冲击实际产生的累积损伤小于单次冲击损伤的循环次数倍,后期可开展细观测试,探索循环冲击下岩石细观损伤演化规律,进一步完善理论模型。 展开更多
关键词 岩石力学 损伤机制 破坏模式 循环冲击 预加静载
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高温-冷却-冲击循环下花岗岩物理损伤及力学劣化试验研究
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作者 詹金武 周亚来 +2 位作者 王雨 黄明 江松 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2362-2372,2386,共12页
高温岩石经不同冷却方式冷却后的力学特性直接影响着深地岩土工程施工的安全性。以中风化花岗斑岩为研究对象,对400℃下循环自然冷却和遇水冷却试样展开单轴压缩试验和循环动态冲击试验,对比分析花岗岩力学性质的变化规律,并基于Logisti... 高温岩石经不同冷却方式冷却后的力学特性直接影响着深地岩土工程施工的安全性。以中风化花岗斑岩为研究对象,对400℃下循环自然冷却和遇水冷却试样展开单轴压缩试验和循环动态冲击试验,对比分析花岗岩力学性质的变化规律,并基于Logistic分布规律,引入受荷损伤变量和热循环损伤变量建立花岗岩统计损伤本构模型,确定了相应参数表达式,验证了本构模型的适用性与合理性,结果表明:在单轴压缩试验中,随着热循环次数的提高,花岗岩内部微裂隙开始扩展、贯通形成宏观裂纹,岩样质量和纵波波速开始衰减,静态应力-应变曲线中的弹性变形阶段逐渐缩短,出现明显的不稳定破坏阶段;冷却方式可以显著影响岩石强度的劣化速度,但对花岗岩的最终静态抗压强度无明显影响。在0.30 MPa冲击气压下,随着冲击次数的增加,自然冷却花岗岩的动态抗压强度先增大后减小,首次冲击可有助于提高自然冷却花岗岩的抗压强度,当热循环超过3次时,花岗岩的抗循环冲击能力开始下降。基于Logistic分布建立的动态损伤本构模型与试验曲线具有较好的一致性,且模型参数获取简单,物理意义明确,具有一定适用性。研究成果可为变温环境下岩体施工、修复及围岩稳定性分析提供参考。 展开更多
关键词 高温岩石 自然冷却 遇水冷却 多次冲击 损伤程度
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冲击荷载下加卸载效应对冲击性岩石力学特性的影响 被引量:1
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作者 陈见行 曾班全 张俊文 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2283-2297,共15页
为研究矿井基本顶周期来压对冲击性矿柱动力学特性的影响,采用一维动静组合加载SHPB实验装置对循环加卸载预处理过的冲击性砂岩开展动态冲击实验,实验中预先设置3种不同的轴向循环阈值:6、12、18 MPa,然后进行不同冲击气压条件下的动态... 为研究矿井基本顶周期来压对冲击性矿柱动力学特性的影响,采用一维动静组合加载SHPB实验装置对循环加卸载预处理过的冲击性砂岩开展动态冲击实验,实验中预先设置3种不同的轴向循环阈值:6、12、18 MPa,然后进行不同冲击气压条件下的动态压缩实验。探讨了不同循环阈值和冲击气压下冲击性砂岩动态力学响应特性、能量演化规律及碎块分布特征。研究结果表明:岩样动态应力−应变曲线整体划分为弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段。动态应力−应变曲线起始阶段近似直线,不存在静态单轴压缩中的裂隙压密阶段。平均动态抗压强度、平均动态弹性模量和平均动态变形模量随循环阈值增大先增大后减小;而平均动态峰值应变随循环阈值增大先减小后增大。临界阈值处岩样平均动态抗压强度、平均动态弹性模量和平均动态变形模量最大,平均动态峰值应变最小。反射能和耗散能密度随循环阈值增大先减小后增大;而透射能随循环阈值增大先增大后减小。临界阈值处岩样反射能和耗散能密度最小,透射能最大。冲击荷载下岩样呈4种破坏形态:粉碎破坏、岩块碎裂、岩块侧面剥落脱离、岩块劈裂。各冲击气压下岩样分形维数随循环阈值增大先减小后增大,随耗散能密度增加呈非线性增长。冲击性岩石致密性越好,冲击破坏时剧烈程度越弱,碎块块度越大,耗散能密度越小,分形维数越小。研究结果表明矿井基本顶周期来压小于冲击性矿柱损伤门槛值时,周期来压可提高岩层密实性,进而影响动态冲击时的破坏程度。 展开更多
关键词 冲击性矿柱 SHPB 循环加卸载 动力学响应特性 能量演化规律 碎块分布特征
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己内酰胺环状低聚物轶事——“环公主”的百变人生
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作者 郑红 彭馨 易春旺 《大学化学》 CAS 2024年第9期40-47,共8页
在己内酰胺水解开环制备聚酰胺6的过程中会产生大量环状低聚物,其中环状二聚体易团聚,影响工艺安全和产品性能。因此了解环状低聚物的相关特性对保证生产工艺安全和提升产品品质十分重要。本文采用拟人的手法,生动形象地介绍了环状低聚... 在己内酰胺水解开环制备聚酰胺6的过程中会产生大量环状低聚物,其中环状二聚体易团聚,影响工艺安全和产品性能。因此了解环状低聚物的相关特性对保证生产工艺安全和提升产品品质十分重要。本文采用拟人的手法,生动形象地介绍了环状低聚物的特性,科普了环状二聚体的形成机制、晶型转变行为和危害,提出了工艺优化的方法。 展开更多
关键词 己内酰胺环状低聚物 环状二聚体 晶型转变 性能 工业影响
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循环冲击载荷作用下砂岩破坏模式及其机理 被引量:51
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作者 金解放 李夕兵 +1 位作者 王观石 殷志强 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期1453-1461,共9页
利用岩石动静组合加载SHPB试验装置对不同静载砂岩试件进行循环冲击试验,研究其破坏模式。在研究岩石试件界面摩擦力的基础上,对不同静载作用下岩石试件的应力状态进行分析。研究应力波斜入射到微裂纹时的作用效应,探索具有一定静载的... 利用岩石动静组合加载SHPB试验装置对不同静载砂岩试件进行循环冲击试验,研究其破坏模式。在研究岩石试件界面摩擦力的基础上,对不同静载作用下岩石试件的应力状态进行分析。研究应力波斜入射到微裂纹时的作用效应,探索具有一定静载的岩石在循环冲击作用下的破裂机理。研究结果表明:对具有三轴静载的试件,应力波在其最大剪应力所在平面进行斜入射时优先破坏。在循环冲击载荷作用下,具有轴向静载的岩石在破坏过程中具有明显的端部效应,而没有轴向静载的岩石则没有端部效应;静载荷的组合形式对岩石在循环冲击作用时的破坏模式影响较大;无静载荷作用时,岩石在循环冲击时逐步破坏成几块,破裂面平行于纵向面,属于张应变破坏;只有轴向静载作用时,岩石试件第1次破坏形成共轭双曲线型破裂面,进而在入射界面处发生破坏,破坏都属于张剪破坏;具有三轴静载作用时,由于轴向静载的不同,岩石最终破坏成圆锥台、圆锥体和V型锥体,破坏属于拉剪破坏。 展开更多
关键词 循环冲击 破坏模式 破坏机理 应力波 微裂纹
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循环冲击下波阻抗定义岩石损伤变量的研究 被引量:42
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作者 金解放 李夕兵 +1 位作者 殷志强 邹洋 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期1385-1393,1410,共10页
在动静组合加载试验系统上,对有轴向预应力的岩石进行循环冲击时无法测量其声波波速,以致于不能用声波波速值的变化研究此过程中岩石的损伤演变特性,为此提出了基于岩石波阻抗定义其损伤变量的方法。在理论上证明裂隙岩石的密度和纵波... 在动静组合加载试验系统上,对有轴向预应力的岩石进行循环冲击时无法测量其声波波速,以致于不能用声波波速值的变化研究此过程中岩石的损伤演变特性,为此提出了基于岩石波阻抗定义其损伤变量的方法。在理论上证明裂隙岩石的密度和纵波波速间具有良好的正向相关性,在同一损伤过程中,岩石的波阻抗与其纵波波速的相对变化量接近,根据密度和纵波波速都能反映岩石损伤的现实,得出基于岩石波阻抗定义岩石损伤的方法是可行的结论,并给出其定义损伤变量的表达式。根据一维应力波理论,推导出由入射波和反射波或透射波求解波阻抗的表达式。对利用霍布金森压杆装置进行试验时应力波在岩石试件两界面间多次透反射的过程进行了分析,在此基础上,确定了由试验数据计算循环冲击过程中岩石波阻抗的方法。对岩石试件进行了无初始应力的循环冲击试验,测量了岩石在每次冲击后的纵波波速,得出了基于波阻抗和纵波波速定义的损伤变量具有相同的变化趋势的结论,并分析了二者之间有差别的原因。研究结果表明,在入射能大小接近的循环冲击过程中,利用波阻抗定义岩石损伤变量的方法是可行的。 展开更多
关键词 岩石力学 波阻抗 损伤变量 循环冲击 动静组合加载
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一维静载及循环冲击共同作用下矽卡岩力学特性试验研究 被引量:34
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作者 唐礼忠 王春 +1 位作者 程露萍 高龙华 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期3898-3906,共9页
利用改进的基于SHPB装置的岩石动静组合加载试验系统,对取自冬瓜山铜矿井下900 m深处的矽卡岩岩样进行一维静载及循环冲击共同作用下的加载试验。研究结果表明:在一维静载与循环冲击共同作用下,岩石具有疲劳损伤特性;预加载轴压不同,变... 利用改进的基于SHPB装置的岩石动静组合加载试验系统,对取自冬瓜山铜矿井下900 m深处的矽卡岩岩样进行一维静载及循环冲击共同作用下的加载试验。研究结果表明:在一维静载与循环冲击共同作用下,岩石具有疲劳损伤特性;预加载轴压不同,变形特征也不同,岩石应力-应变曲线呈现回弹、不回弹2种特性;随着循环冲击数增加,动态峰值应力及定义的动态变形模量减小,动态峰值应变却增大;累计冲击数与轴压呈一元二阶多项式关系;同时还表明"岩爆"的发生是动力扰动诱发岩石内部弹性能突然释放的结果;预加轴压影响岩石出现拉伸破坏或剪切破坏的效果,也影响岩石破坏块度及在动态扰动情况下发生的"岩爆"概率。 展开更多
关键词 循环冲击 变形特征 动态变形模量 能量传递 破坏模式
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轴压和循环冲击次数对砂岩动态力学特性的影响 被引量:35
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作者 金解放 李夕兵 +1 位作者 殷志强 杜坤 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期923-930,共8页
利用岩石动静组合加载SHPB试验装置,研究不同轴压的岩石在循环冲击过程中动态强度和变形特性。首先,对具有不同轴压的岩石进行循环冲击;进而考察了在循环冲击过程中岩石的典型动态应力-应变曲线;最后,研究轴压和循环冲击次数对岩石动态... 利用岩石动静组合加载SHPB试验装置,研究不同轴压的岩石在循环冲击过程中动态强度和变形特性。首先,对具有不同轴压的岩石进行循环冲击;进而考察了在循环冲击过程中岩石的典型动态应力-应变曲线;最后,研究轴压和循环冲击次数对岩石动态强度和变形特性的影响。研究结果表明:随着循环冲击次数的增加,加载段和第2卸载段的变形模量、峰值应力、恢复的应变与峰值应变之比和恢复的应力与临界卸载应力之比值逐渐降低;平均应变率、峰值应变、第1卸载段的变形模量以及单位体积吸收能逐渐增大。当轴压为其单轴抗压强度的22%,51%和65%时,岩石对外部冲击载荷的抵抗能力与冲击次数间的关系整体上呈现"平缓发展—急剧下降",当轴压为0或为其单轴抗压强度的87%时,岩石抵抗冲击的能力随冲击次数的增加基本呈现匀速降低的趋势。当轴压为其单轴抗压强度的22%时,抵抗外部循环冲击载荷的能力最高。 展开更多
关键词 循环冲击 强度劣化 累积损伤 临界卸载应力
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轴压和围压对循环冲击下砂岩能量耗散的影响 被引量:30
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作者 金解放 李夕兵 +1 位作者 殷志强 尹土兵 《岩土力学》 EI CSCD 北大核心 2013年第11期3096-3102,3109,共8页
利用动静组合加载试验装置,对具有不同轴压和围压的砂岩进行循环冲击试验,研究循环冲击过程中砂岩单位体积吸收能的变化特性、单位体积吸收能与平均应变率的关系以及轴压和围压对循环冲击作用下岩石能量耗散的影响。围压分别设置为4、8... 利用动静组合加载试验装置,对具有不同轴压和围压的砂岩进行循环冲击试验,研究循环冲击过程中砂岩单位体积吸收能的变化特性、单位体积吸收能与平均应变率的关系以及轴压和围压对循环冲击作用下岩石能量耗散的影响。围压分别设置为4、8、10、12 MPa等4个系列,轴向静载荷分别设置为49、84、105、125 MPa等4个系列,入射杆上的入射波峰值大小近似相等,入射能大小为230 J。研究结果表明,砂岩单位体积吸收能随循环冲击次数的增加而增加。平均应变率和单位体积吸收能具有良好的正线性关系,围压从低到高增加过程中,二者间拟合直线的斜率K随轴压增加的变化关系为"增加-基本不变-减小"。当轴压较小时,K随围压的增加先增加后降低,轴压越小K由上升到下降转折点处的围压越大;当轴压增加到125 MPa时,K随围压的增加始终降低。研究结果为具有不同地应力条件下工程岩体爆破设计提供理论依据。 展开更多
关键词 循环冲击 轴压 围压 能量耗散 影响
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循环冲击作用下岩石应力应变曲线及应力波特性 被引量:24
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作者 金解放 李夕兵 +2 位作者 常军然 陶伟 邱灿 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期613-619,共7页
利用研制的岩石动静组合加载实验装置进行循环冲击实验,研究了在循环冲击过程中岩石典型的动态应力应变曲线及反射波和透射波的变化规律。结果表明:岩石在循环冲击过程中的动态应力应变曲线可分为压密阶段、弹性阶段、内部裂纹扩展的加... 利用研制的岩石动静组合加载实验装置进行循环冲击实验,研究了在循环冲击过程中岩石典型的动态应力应变曲线及反射波和透射波的变化规律。结果表明:岩石在循环冲击过程中的动态应力应变曲线可分为压密阶段、弹性阶段、内部裂纹扩展的加载阶段、第1卸载阶段和第2卸载阶段等5个阶段。在相同入射波循环作用下,随着循环次数的增加,岩石的反射波峰值越来越大,反射波峰值出现的时间越来越迟,透射波峰值越来越小,透射波峰值出现的时间越来越早,表明在循环冲击过程中岩石内部损伤逐渐累积,从而导致抵抗外部冲击载荷的能力逐渐降低。 展开更多
关键词 固体力学 动态应力应变曲线 循环冲击 岩石 应力波特征 损伤累积 强度劣化
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基于FDM-DEM耦合的冲击损伤大理岩静态断裂力学特征研究 被引量:5
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作者 张涛 蔚立元 +2 位作者 苏海健 罗宁 魏江波 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期39-49,共11页
为探究循环冲击损伤后大理岩的静态断裂力学特征,基于有限差分(finite difference method,FDM)-离散元(discrete element method,DEM)耦合的建模技术构建了三维分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)数值模型,其中杆... 为探究循环冲击损伤后大理岩的静态断裂力学特征,基于有限差分(finite difference method,FDM)-离散元(discrete element method,DEM)耦合的建模技术构建了三维分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)数值模型,其中杆件系统和岩石试件分别采用FLAC^(3D)和PFC^(3D)程序建模。利用该模型对中心直切槽半圆盘(NSCB)试样进行了恒定子弹速度下的循环冲击,随后对受损试样进行静态三点弯曲断裂实验。通过编写Fish程序,提取试样断裂面数据,对断裂面进行重构并定量计算表面粗糙度。通过与相关室内实验结果的对比分析,验证了本文数值分析的合理性与可靠性。模拟结果表明,随着循环冲击次数的增加,试样内部微裂纹、破碎颗粒均增加。连接力场分布混乱,部分力链发生断裂。力链的变化是试样力学性能劣化的根本原因。在静态三点弯曲断裂实验中,冲击5次后试样的静态断裂韧度较天然试样产生一定程度的降低。试样在静载过程中产生的微裂纹和碎块的数量随循环冲击次数的增加而增加,断裂面粗糙度随循环冲击次数的增加而增加。 展开更多
关键词 岩石力学 有限差分-离散元耦合 霍普金森压杆 循环冲击 断裂韧度
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岩石循环冲击损伤演化围压效应的实验研究 被引量:9
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作者 林大能 陈寿如 刘优平 《矿冶工程》 CAS CSCD 北大核心 2005年第4期12-15,共4页
为研究岩石循环冲击荷载作用下损伤的围压效应,对大理岩试件在压力试验机上进行模拟冲击加载,测试受冲击后试件轴向超声波波速。用超声波波速变化量描述试件的损伤度。分析了围压、荷载冲量大小、冲击次数对岩石损伤演化的影响,得出了... 为研究岩石循环冲击荷载作用下损伤的围压效应,对大理岩试件在压力试验机上进行模拟冲击加载,测试受冲击后试件轴向超声波波速。用超声波波速变化量描述试件的损伤度。分析了围压、荷载冲量大小、冲击次数对岩石损伤演化的影响,得出了大理岩在不同围压下冲击损伤与冲击次数的函数关系。分析了大理岩岩样循环冲击损伤的围压效应。结果表明,岩石循环冲击损伤具有明显的围压效应,围压的存在提高了岩石抗冲击破坏的能力。从试验角度证明了在深部矿井中高地应力的存在对钻孔的钻进效率和处于初始应力场中的岩石的爆破破碎效率有重要影响。 展开更多
关键词 循环冲击荷载 岩石 损伤规律 围压效应
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