花崗巖動態(tài)斷裂韌性的試驗研究以及有限元分析.pdf

1、隨著科技的發(fā)展，裂紋在動態(tài)載荷下的穩(wěn)定性問題變得日趨重要，關(guān)于材料動態(tài)斷裂問題的試驗技術(shù)和理論研究已成為多年以來學(xué)術(shù)界普遍關(guān)注的熱點。然而由于問題的復(fù)雜性，至今都沒有形成一個公認(rèn)的，規(guī)范的裂紋動態(tài)起始判據(jù)，對這個問題還需要進(jìn)行大量的、長時間的研究。目前動態(tài)斷裂韌性的測試和表征大多集中在金屬材料，然而礦產(chǎn)資源的開發(fā)等均涉及巖石類材料，巖石的穩(wěn)定與破壞是巖石力學(xué)研究的兩大問題。為了預(yù)防在地下工程結(jié)構(gòu)出現(xiàn)巖石爆裂造成的災(zāi)難性的破壞，因此很有必

2、須了解巖石材料的動態(tài)力學(xué)性能進(jìn)而提供研究其動態(tài)破壞機(jī)理的方法。
　　 本文提出使用中心裂紋圓盤試件來測試脆性材料的動態(tài)斷裂韌性。中心裂紋圓盤試件能夠方便的實現(xiàn)純Ⅰ型、純Ⅱ型和Ⅰ+Ⅱ復(fù)合型加載條件，且應(yīng)力強(qiáng)度因子具有解析解，故在脆性材料斷裂韌性測試方面得到了廣泛的關(guān)注。通過對巖石試件進(jìn)行純Ⅰ型的加載試驗，利用試件兩端的平均載荷推廣準(zhǔn)靜態(tài)下應(yīng)力強(qiáng)度因子用于動態(tài)情形，計算得到了花崗巖在不同速率下動態(tài)斷裂韌性;計算結(jié)果表明該批花崗巖斷裂

3、韌性在5-17MPa·m1/2之間，在5×104-25×104MPa·m11/2·s-1的加載速率范圍內(nèi)，隨著加載速率的增加，巖石的斷裂韌性也隨之增加，大致呈現(xiàn)線性增加趨勢，但隨著加載速率的增大動態(tài)斷裂韌性增加趨勢明顯減弱。
　　 本文以實測的載荷時間歷程為輸入，即將實測載荷轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的壓力載荷施加在入射桿帶入有限元進(jìn)行計算，由有限元計算結(jié)果直接得到裂尖處的動態(tài)數(shù)值解進(jìn)而得到動態(tài)斷裂韌性。從數(shù)值計算結(jié)果和試驗結(jié)果對比可以看出，在