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基于NSCB石灰岩试样的加载速率和尺寸效应对其断裂韧度的影响研究 被引量:1
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作者 张盛 王东坤 +2 位作者 王龙飞 王小良 乔洋 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2021年第4期162-170,共9页
为研究试样不同尺寸和加载速率对岩石Ⅰ型断裂韧度试验值的影响,采用石灰岩制作圆盘直径30,50,75,100,150 mm 5种几何相似的中心直裂纹半圆盘试样(notched semi-circular bend,NSCB),在RMT-150B岩石力学试验系统上对NSCB试样进行5种加... 为研究试样不同尺寸和加载速率对岩石Ⅰ型断裂韧度试验值的影响,采用石灰岩制作圆盘直径30,50,75,100,150 mm 5种几何相似的中心直裂纹半圆盘试样(notched semi-circular bend,NSCB),在RMT-150B岩石力学试验系统上对NSCB试样进行5种加载速率(0.002,0.02,0.2,2,10 kN/s)作用下的三点弯曲试验。结果表明:在试样尺寸一定条件下,试样的断裂韧度试验值随着加载速率的增加基本呈对数增大,在加载速率一定条件下,存在一个临界尺寸(圆盘直径50 mm),小于这个临界尺寸时,断裂韧度试验值增加幅度较大,大于这个临界尺寸时,试验值增加幅度较小,且基本呈线性增加。探讨了产生加载率和尺寸效应的原因,对于深入分析岩石断裂特性和准确确定岩石断裂韧度有一定意义。 展开更多
关键词 石灰岩 断裂韧度 加载速率 尺寸效应 nscb试样
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动载作用板岩断裂韧度与裂纹扩展特征试验研究
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作者 张建国 杨文 +10 位作者 汪海波 拜晓亮 张翌炜 樊永强 邢永杨 杨永斌 杨波 闫高文 薛文飞 段聪 刘振江 《爆破》 北大核心 2025年第1期37-43,55,共8页
为探究动载作用下天然板岩的断裂韧度,论文采用板岩制作直切槽半圆盘弯曲试样(NSCB),利用直径50 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统进行了动态冲击试验,同时使用高速摄像机记录了其裂纹扩展过程,研究了不同冲击气压和预制裂纹长度下... 为探究动载作用下天然板岩的断裂韧度,论文采用板岩制作直切槽半圆盘弯曲试样(NSCB),利用直径50 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统进行了动态冲击试验,同时使用高速摄像机记录了其裂纹扩展过程,研究了不同冲击气压和预制裂纹长度下板岩的动态断裂韧度及裂纹扩展速度。结果表明:试件的动态断裂韧度与冲击气压和加载率呈现正相关,而随着预制裂纹长度的增加动态断裂韧度先增加后减小,根据拟合结果,当预制裂纹长度为7.45 mm时试件的动态断裂韧度达到最大值,0.2、0.3和0.4 MPa三种冲击气压下对应的动态断裂韧度最大值分别为2.99、3.57和4.14 GPa·m^(1/2);试件的破坏过程可以分为动态损伤、裂纹孕育、裂纹形成、裂纹扩展和试件断裂五个阶段;试件主裂纹的扩展速度波动较大,而预制裂纹长度对试件裂纹扩展速度的影响较小。研究揭示了不同工况下板岩试件动态断裂行为的差异,对该类岩性地下工程支护、爆破参数设计具有一定的参考意义。 展开更多
关键词 板岩 nscb SHPB 预制裂纹 动态断裂韧度
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冲击荷载下夹层复合岩石能量演化及断裂特征研究
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作者 刘小庆 宋佳辉 +3 位作者 张瑶瑶 孔维文 梅洪嘉 王雁冰 《爆破》 CSCD 北大核心 2024年第3期33-42,共10页
为研究冲击荷载下夹层复合岩石能量演化及断裂特征,选用砂岩、大理岩和花岗岩3种材料制成6组不同的夹层复合岩石试件,利用霍普金森压杆系统进行动态断裂冲击试验,研究不同复合岩石试件的裂纹扩展形态、应力波波形特征、裂纹尖端应力场... 为研究冲击荷载下夹层复合岩石能量演化及断裂特征,选用砂岩、大理岩和花岗岩3种材料制成6组不同的夹层复合岩石试件,利用霍普金森压杆系统进行动态断裂冲击试验,研究不同复合岩石试件的裂纹扩展形态、应力波波形特征、裂纹尖端应力场和能量损耗关系,同时结合DLSM模拟结果,分析动态断裂过程中的应力波传播规律以及动能演化过程。结果表明:高速相机拍摄的动态断裂过程与DLSM模拟裂纹扩展过程具有良好的拟合度;裂纹的产生情况取决于层理弱面的破坏情况,相同冲击条件下,仅层理弱面不同的试件,层理弱面强度越低,裂纹扩展的时间越短且越靠前,夹层材料硬度越小,用于裂纹扩展的能量越多;在相同入射能量条件下,硬度较大的试件作为冲击端材料时,试件的反射作用较强,反射能量较大,透射作用较弱,透射能量较小,试件的能量耗散较大;层理面对应力波传播具有明显的阻碍作用,产生的透射波在尖端积蓄能量直至切缝起裂,试件综合硬度增大后,透射波明显减弱,并且传播速度减缓。 展开更多
关键词 岩石力学 SHPB nscb 夹层试件 动态断裂 能量演化
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基于3D打印试件的裂隙岩体断裂特性及裂纹扩展特征研究
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作者 余雷雷 徐颖 +4 位作者 葛进进 李洪伟 倪苏黔 张仲一 尚辉 《爆破》 CSCD 北大核心 2024年第4期25-34,共10页
为探究不同倾角裂隙对岩石断裂特性的影响,本研究基于3D打印技术制备直切槽半圆盘弯曲(NSCB)试件,开展含裂隙岩体Ⅰ型静态断裂特性的试验研究。为探究不同的预制裂隙角度对于岩石断裂特性的影响,本研究基于3D打印技术制备含裂隙倾角的... 为探究不同倾角裂隙对岩石断裂特性的影响,本研究基于3D打印技术制备直切槽半圆盘弯曲(NSCB)试件,开展含裂隙岩体Ⅰ型静态断裂特性的试验研究。为探究不同的预制裂隙角度对于岩石断裂特性的影响,本研究基于3D打印技术制备含裂隙倾角的直切槽半圆盘弯曲试件(NSCB),打印好的试件经过固化,烘烤处理后,将其放置在干冰中,待其表面温度达到-30℃时进行准静态三点弯曲试验,该试验揭示了预制裂隙倾角对于断裂韧度、起裂角、断裂能的影响规律。结果表明:含裂隙NSCB试件平均断裂韧度均小于标准NSCB试件,且试件断裂韧度与裂隙倾角成正相关;对于含裂隙的NSCB试件,在β介于0°~90°之间时,起裂角随着裂隙倾角的增大而增大,裂纹拓展路径则表现出明显的“偏折”现象;从断裂破坏的能量角度分析,断裂能随着裂隙倾角的增大而增大。 展开更多
关键词 3D打印 nscb 断裂韧度 起裂角 断裂能
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半圆盘三点弯曲法测定页岩断裂韧度(K_(IC))的实验研究 被引量:22
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作者 赵子江 刘大安 +2 位作者 崔振东 唐铁吾 韩伟歌 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第S1期258-266,共9页
为了准确测试页岩的I型断裂韧度K_(IC),分别采用直切槽半圆盘试样(NSCB)和人字形切槽半圆盘试样(CCNSCB),在3种预制切槽布置模式(splitter、arrester、divider)下,开展三点弯曲加载实验。通过标准差和变异系数分析两类方法 K_(IC)测算... 为了准确测试页岩的I型断裂韧度K_(IC),分别采用直切槽半圆盘试样(NSCB)和人字形切槽半圆盘试样(CCNSCB),在3种预制切槽布置模式(splitter、arrester、divider)下,开展三点弯曲加载实验。通过标准差和变异系数分析两类方法 K_(IC)测算值的离散性,并评价各自适用性。使用光学显微镜观察试件破裂后的裂纹扩展路径和破裂面断口形态。基于断裂力学理论,给出页岩试件粗糙起伏断口表面能计算公式,分析页岩试件实测值K_(IC)离散的原因,并用最小耗能原理解释裂缝在页岩试件扩展过程中形成粗糙断裂面的机理。对比分析两种试样类型测试的K_(IC)值,认为两种方法在切槽平行层理布置的情况下测算值离散程度一致,二者都适用;对于切槽垂直层理两种布置方式下NSCB试件更容易发生裂缝偏转,导致产生Ⅰ-Ⅱ复合型断裂,使试验失效;CCNSCB试件的韧带具有良好的裂缝扩展导向作用,某种程度上抵消了加载配置非对称性带来的不利影响,CCNSCB比NSCB测得的K_(IC)值离散性更小,更适用于各向异性页岩的K_(IC)测试。 展开更多
关键词 页岩 I型断裂韧度 三点弯曲 CCnscbnscb 断裂机理
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中心直裂纹半圆盘试样的石灰岩断裂韧度尺寸效应试验研究 被引量:18
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作者 张盛 王龙飞 +3 位作者 常旭 王东坤 王小良 乔洋 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1740-1749,1760,共11页
为了考察试样尺寸和预制裂缝长度对岩石断裂韧度测试值的影响,采用4种圆盘半径分别为25.0、37.5、50.0、75.0 mm,预制裂缝长度与圆盘试样半径比值(无量纲裂缝长度)在0.3~0.7范围内的中心直裂纹半圆盘石灰岩试样(NSCB)进行了三点弯曲断... 为了考察试样尺寸和预制裂缝长度对岩石断裂韧度测试值的影响,采用4种圆盘半径分别为25.0、37.5、50.0、75.0 mm,预制裂缝长度与圆盘试样半径比值(无量纲裂缝长度)在0.3~0.7范围内的中心直裂纹半圆盘石灰岩试样(NSCB)进行了三点弯曲断裂试验。结果表明:NSCB试样的破坏过程表现出明显的"脆性"破坏特征。与预制裂缝长度相比,试样尺寸对峰值载荷和载荷-位移曲线的形态影响更显著;随着试样尺寸的增加,试样的断裂韧度测试值不断增加,增加幅度随着预制裂缝长度的增加而加剧;当试样尺寸一定时,随着无量纲裂缝长度的增加,断裂韧度测试值有一定程度降低;为减小尺寸效应的影响,建议采用圆盘半径大于37.5 mm,无量纲预制裂缝长度范围在0.4~0.6内的NSCB试样测试岩石的断裂韧度。所得结果为推广NSCB试样国际建议方法及准确测试岩石的断裂韧度提供了一定的参考。 展开更多
关键词 预制裂缝长度 试样尺寸 岩石断裂韧度 中心直裂纹半圆盘试样(nscb)
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静-动态加载条件下岩石断裂特性及断口形貌特征研究 被引量:4
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作者 满轲 刘晓丽 +5 位作者 宋志飞 宋小软 程海丽 郭占峰 柳宗旭 于云鹤 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2876-2886,共11页
采用直切槽半圆盘弯曲型试件,对北京房山花岗岩样品进行静态断裂韧性和动态断裂韧性试验,获得其静态断裂韧度与动态断裂韧度的定量关系;采用不同表面形貌刻画技术,对破坏岩样的表面形貌进行观测与表征,获得岩石表面的三维重构及其粗糙... 采用直切槽半圆盘弯曲型试件,对北京房山花岗岩样品进行静态断裂韧性和动态断裂韧性试验,获得其静态断裂韧度与动态断裂韧度的定量关系;采用不同表面形貌刻画技术,对破坏岩样的表面形貌进行观测与表征,获得岩石表面的三维重构及其粗糙度。研究结果表明:在中高应变率条件下,动态断裂韧度一般为静态断裂韧度的1.3~2.6倍,动态传播韧度为动态起裂韧度的3~4倍,静态断裂韧度的8~10倍;其静态和动态断裂都呈Ⅰ型裂纹拉伸破坏模式。同时,在静态韧性测试中,裂纹断裂模式主要为沿晶断裂,穿晶断裂相对较少;而在动态韧性测试中,裂纹断裂模式主要为沿晶和穿晶耦合断裂。裂纹传播过程均经历了加速阶段和减速阶段,裂纹传播速度与其表面三维形貌重构的相对高度变化趋势一致,同样与表面粗糙度变化规律相吻合。岩石静态行为与动态行为的本质区别是,材料在动态加载时所表现出来的率效应(惯性效应)与材料自身由物理、几何引起的结构效应存在相互抵消、此消彼长的本质属性。 展开更多
关键词 静态断裂韧度 动态断裂韧度 动态传播韧度 nscb 细观表面形貌
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加载角度对层理页岩裂纹扩展影响的实验研究 被引量:13
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作者 杨国梁 毕京九 +3 位作者 郭伟民 张志飞 韩子默 程帅杰 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期24-36,共13页
采用分离式霍普金森压杆(SHPB)系统对页岩进行冲击实验,研究层理角度对页岩动态断裂过程的影响,在裂尖设置裂纹扩展计,借助高速摄影和数字图像相关(DIC)技术对页岩中心切槽半圆盘弯曲(NSCB)试件断裂的全过程进行研究,得到了不同加载角... 采用分离式霍普金森压杆(SHPB)系统对页岩进行冲击实验,研究层理角度对页岩动态断裂过程的影响,在裂尖设置裂纹扩展计,借助高速摄影和数字图像相关(DIC)技术对页岩中心切槽半圆盘弯曲(NSCB)试件断裂的全过程进行研究,得到了不同加载角度下页岩的动态起裂韧度、裂纹扩展速度、断裂过程中应变场和水平位移场的变化规律。实验发现:不同加载角度下,页岩的动态起裂韧度具有显著的各向异性,加载角度与动态起裂韧度呈正相关;加载角度对试样的裂纹扩展速度具有显著影响,与裂纹扩展速度呈负相关;当冲击速度较低时,切槽方向是裂纹扩展的优势方向,而当冲击速度较高时,试样会产生沿层理弱面的次生裂纹,次生裂纹对试样的断裂具有显著影响。 展开更多
关键词 页岩 层理 中心切槽半圆盘弯曲试件 动态断裂韧度 数字图像相关技术 分离式霍普金森压杆
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一种模拟准脆性断裂问题的相场法能量退化法则
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作者 张巍 庄梦如 +2 位作者 朱潇潇 沈蔚 陈敏 《中国农村水利水电》 北大核心 2022年第7期201-207,共7页
介绍了相场法模拟准脆性断裂问题的基本原理,描述了幂函数能量退化法则与Borden能量退化法则,提出了一种模拟准脆性断裂问题的相场法耦合能量退化法则,该法则通过权重系数将幂函数能量退化法则与Borden能量退化法则进行耦合,可较为全面... 介绍了相场法模拟准脆性断裂问题的基本原理,描述了幂函数能量退化法则与Borden能量退化法则,提出了一种模拟准脆性断裂问题的相场法耦合能量退化法则,该法则通过权重系数将幂函数能量退化法则与Borden能量退化法则进行耦合,可较为全面地反映材料的断裂行为。编制了二维相场法计算程序,以单边缺口正方形板为例,验证了程序的准确性。研究了耦合能量退化法则对单边缺口方形板拉伸断裂行为的影响,耦合能量退化法则参数s与m越大,拉伸荷载峰值越低;增加参数w,拉伸荷载峰值会提高。模拟了直裂缝半圆弯曲岩石试样断裂过程,分析了不同耦合能量退化法则参数下岩石试样的裂缝扩展过程,耦合能量退化法则参数m对荷载峰值影响较小,荷载峰值与参数s负相关,与参数w正相关。耦合能量退化法则可以较好地反映材料的准脆性断裂与脆性断裂行为。 展开更多
关键词 能量退化准则 相场法 准脆性断裂 拉伸断裂 半圆弯曲试样
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基于内聚裂纹模型的高聚物粘结炸药模拟材料动态断裂行为研究 被引量:1
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作者 崔云霄 陈鹏万 +2 位作者 郭保桥 David A.Cendón 周忠彬 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期2379-2385,共7页
对某高聚物粘结炸药(PBX)模拟材料的动态拉伸断裂行为进行研究。针对该材料开展了基于霍普金森压杆的动态带预制裂纹半圆盘弯曲实验,并结合高速摄像与数字图像相关方法,得到了试样动态破坏过程中的位移场和应变场。基于内聚裂纹模型,对... 对某高聚物粘结炸药(PBX)模拟材料的动态拉伸断裂行为进行研究。针对该材料开展了基于霍普金森压杆的动态带预制裂纹半圆盘弯曲实验,并结合高速摄像与数字图像相关方法,得到了试样动态破坏过程中的位移场和应变场。基于内聚裂纹模型,对其动态拉伸破坏过程进行了数值模拟。数值模拟与实验结果进行对比后发现,拉伸应力曲线、试样破坏前后变形场等结果符合较好。根据数值模拟结果,分析了PBX试样在动态预制裂纹半圆盘弯曲实验过程中的裂纹扩展演化规律,得到裂纹宽度比实验结果偏小约15%的结论。 展开更多
关键词 爆炸力学 内聚裂纹模型 半圆盘弯曲实验 高聚物粘结炸药 数字图像相关方法
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