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界面角度对层状复合岩石动态断裂及能量耗散影响的试验研究
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作者 刘健 薛勇林 +3 位作者 张华磊 齐潮 朱家亮 黄猛猛 《振动与冲击》 北大核心 2025年第21期12-24,共13页
为了探究不同界面角度下层状复合岩石的动态断裂行为,采用直径为50.0 mm的分离式霍普金森压杆装置对直切槽半圆盘弯曲(notched semi-circle bend,NSCB)试件开展15°、30°、45°、60°、75°和90°界面角度梯... 为了探究不同界面角度下层状复合岩石的动态断裂行为,采用直径为50.0 mm的分离式霍普金森压杆装置对直切槽半圆盘弯曲(notched semi-circle bend,NSCB)试件开展15°、30°、45°、60°、75°和90°界面角度梯度内的动态冲击试验。通过高速摄像装置记录NSCB试件破坏形态,并利用数字图像相关技术分析裂纹扩展走势,研究NSCB试件在不同界面角度和不同冲击荷载条件下的动态断裂行为和能量耗散规律。结果表明:NSCB试件受冲击荷载作用后裂纹扩展速度随界面角度的增大呈现先减小后增大的变化趋势。根据裂纹形态和起裂位置共获得4种裂纹类型,随着界面角度的减小,NSCB试件断裂出现的裂纹类型增多,NSCB试件由单一的劈裂拉伸破坏模式(ⅠT+ⅣT型)变为复杂的拉伸-剪切复合破坏模式(ⅡS+ⅢS+ⅣT型)。界面角度增大会导致煤岩交界面对半正弦入射应力波的有效反射面积增大,入射波在经过界面后会产生更大的反射波和反射能量,相应的透射波和透射能量会不断减小,裂纹沿界面扩展的偏转作用会随界面角度增大而减小,裂纹更多沿岩石基质扩展,从而使NSCB试件断裂的耗散能量比值逐渐增大。 展开更多
关键词 煤岩交界面 圆盘弯曲(nscb) 分离式霍普金森压杆 动态断裂 能量耗散
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Ⅰ型断裂韧度模拟方法及细观影响因素研究 被引量:6
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作者 吴顺川 孙伟 +2 位作者 刘洋 成子桥 许学良 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期2536-2546,共11页
既有离散元参数敏感性分析大多集中在压缩试验及巴西劈裂试验,对Ⅰ型断裂韧度KIc试验细观影响因素及3D破裂过程系统分析的报道较少。采用三维平节理模型(FJM3D)研究微观结构参数及黏结细观参数对不同切槽形状的Ⅰ型断裂韧度试验的影响... 既有离散元参数敏感性分析大多集中在压缩试验及巴西劈裂试验,对Ⅰ型断裂韧度KIc试验细观影响因素及3D破裂过程系统分析的报道较少。采用三维平节理模型(FJM3D)研究微观结构参数及黏结细观参数对不同切槽形状的Ⅰ型断裂韧度试验的影响。微观结构参数包括晶粒平均半径的平方根R1/2、模型分辨率Ψ和最大/最小晶粒直径dmax/dmin。黏结细观参数包括平均配位数CN、S类型单元比例φs、黏结抗拉强度σb、黏结内聚力cb、摩擦系数μ和摩擦角φ。参数敏感性分析结果表明,KIc与R1/2、CN及σb正相关,与dmax/dmin、φs负相关,而与Ψ、cb、μ和φ无明显的线性关系,此外为获得较低的KIc波动水平,给出了参数Ψ和dmax/dmin的建议范围。根据参数敏感性分析结果,校核匹配了Kowloon花岗岩直切槽半圆盘(SCB)和人字形切槽半圆盘(CCNSCB)试样的宏观力学性质。从细观角度直观、深入分析不同切槽形状I型断裂韧度试验破裂机制,得出SCB试验曲线的峰前和峰后行为与室内试验更为吻合。 展开更多
关键词 Ⅰ型断裂韧度 平节理模型 敏感性分析 圆盘(SCB) 人字形圆盘(CCnscb)
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煤I型动态断裂裂纹扩展规律试验与数值模拟研究 被引量:11
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作者 赵毅鑫 孙荘 +1 位作者 宋红华 赵士琦 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期3961-3972,共12页
为研究冲击速度、层理角度及切缝深度对煤样Ⅰ型动态断裂裂纹扩展速度与扩展路径等断裂特性的影响,结合分离式霍普金森压杆(SHPB)试验和基于连续-非连续单元方法(CDEM)的数值模拟,对3种切缝深度的直槽半圆弯曲煤样(NSCB)开展不同层理角... 为研究冲击速度、层理角度及切缝深度对煤样Ⅰ型动态断裂裂纹扩展速度与扩展路径等断裂特性的影响,结合分离式霍普金森压杆(SHPB)试验和基于连续-非连续单元方法(CDEM)的数值模拟,对3种切缝深度的直槽半圆弯曲煤样(NSCB)开展不同层理角度和多种加载速率下的Ⅰ型动态断裂测试与数值模拟研究。得到煤样在冲击载荷下裂纹萌生、演化、扩展及贯通的渐进破坏全过程,模拟与试验结果吻合较好,证明CDEM数值模拟方法能够较好地模拟煤样Ⅰ型动态断裂从连续到非连续的渐进破坏过程。研究表明:煤样裂纹瞬时扩展速度随时间变化波动性较大,前期扩展较快,后期扩展较慢,可将试件裂纹扩展分为高速扩展阶段和稳速扩展阶段;冲击速度对裂纹平均扩展速度影响最大,切缝深度次之,层理角度影响最小。裂纹平均扩展速度随冲击速度增大而增大,但渐趋于平缓,而随切缝深度增加逐级降低。并在忽略层理角度影响的情况下,得出冲击速度与切缝深度对裂纹平均扩展速度的双因素预测模型;冲击速度越大,裂纹起裂时间越短,但其对裂纹扩展路径影响很小。层理角度对裂纹起裂时间基本没有影响,但对裂纹扩展路径影响较大。层理角度为0°和90°时,煤样裂纹最为平直,层理角度为22.5°,45.0°和67.5°时裂纹较弯曲,出现沿层理面扩展现象。 展开更多
关键词 弯曲 裂纹扩展速度 SHPB试验 层理角度
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