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玻璃陶瓷(MACOR)拉伸强度率相关性的研究

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四川大学学报（工程科学版） 2011年第4期43卷 194-198页

作者：董世明夏开文四川大学建筑与环境学院四川成都610065 多伦多大学土木工程系

掌握玻璃陶瓷MACOR的拉伸性能,对于其在航空航天、国防和其它工程中的应用,以及材料科学本身而言具有重要价值。巴西圆盘实验方法被用于研究加载速率对MACOR拉伸强度的影响。静态实验是在MTS试验机上完成的,动态实验是在6.35 mm SHPB实... 详细信息

掌握玻璃陶瓷MACOR的拉伸性能,对于其在航空航天、国防和其它工程中的应用,以及材料科学本身而言具有重要价值。巴西圆盘实验方法被用于研究加载速率对MACOR拉伸强度的影响。静态实验是在MTS试验机上完成的,动态实验是在6.35 mm SHPB实验装置中完成的。脉冲整形技术被用于实现试件两端力的动态平衡,以消除惯性效应的影响,从而实现准静态应力分析。实验结果表明,MACOR的拉伸强度与加载率相关,拉伸强度作为加载率的函数,当加载速率从0增加到5 780 GPa/s时,MACOR的拉伸强度从26 MPa增大到50 MPa。

关键词：拉伸强度率相关性玻璃陶瓷(MACOR) 巴西圆盘霍普金森压杆(SHPB)

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基于MLS的数值流形法模拟多裂纹扩展

岩石力学与工程学报 2016年第1期35卷 76-86页

作者：刘丰郑宏夏开文中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 天津大学建筑工程学院天津300072

含多裂纹的脆性材料在伺服加载下的响应分析对结构进行性能评估具有重要意义。得益于数学覆盖和物理覆盖这两套覆盖系统,数值流形法能够很自然地模拟多裂纹的萌生与扩展。为了更好地模拟二维裂纹的交叉、汇合,采用基于移动最小二乘插值(... 详细信息

含多裂纹的脆性材料在伺服加载下的响应分析对结构进行性能评估具有重要意义。得益于数学覆盖和物理覆盖这两套覆盖系统,数值流形法能够很自然地模拟多裂纹的萌生与扩展。为了更好地模拟二维裂纹的交叉、汇合,采用基于移动最小二乘插值(MLS)的数值流形法(NMM)进行模拟,并对包含裂尖的物理片进行自由度扩充来模拟裂尖的奇异性,裂纹扩展中裂尖可以停留在背景网格的内部。针对多裂纹扩展中的一些数值问题,给出了相应的解决方案,并提出一个简单、能近似满足断裂韧度的多裂纹扩展算法。对几个典型多裂纹算例进行了裂纹扩展分析,结果表明所提算法是有效且鲁棒的。

关键词：数值分析移动最小二乘插值(MLS) 数值流形法多裂纹裂纹扩展断裂韧度

30CrMnSiA 钢高温动态力学性质的实验研究

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爆炸与冲击 1998年第4期18卷 310-316页

作者：夏开文刘文彦唐志平中国科学技术大学力学与机械工程系

通过附有恒温加热炉的ＳＨＰＢ装置，测量了３０ＣｒＭｎＳｉＡ钢从室温到高温（６００℃）的动态（１．５×１０３～４．０×１０３ｓ－１）应力应变曲线，并利用一维应力波传播理论和传热学原理，修正了温度梯度场对测量的影响。结果... 详细信息

通过附有恒温加热炉的ＳＨＰＢ装置，测量了３０ＣｒＭｎＳｉＡ钢从室温到高温（６００℃）的动态（１．５×１０３～４．０×１０３ｓ－１）应力应变曲线，并利用一维应力波传播理论和传热学原理，修正了温度梯度场对测量的影响。结果表明，在实验温度２６～６００℃内，３０ＣｒＭｎＳｉＡ钢的温度软化规律可分为低温区和高温区；低温区流动应力随温度变化剧烈，高温区则缓慢。与准静态不同的是，高应变率下的转化温度有明显的提高。

关键词：应力应变关系应力波合金钢高温力学性质

基于Voronoi多边形离散的DDA方法模拟岩石破坏

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岩石力学与工程学报 2021年第4期40卷 725-738页

作者：张开雨夏开文刘丰天津大学水利仿真与安全国家重点实验室天津300350 天津大学建筑工程学院天津300350

非连续变形分析(DDA)方法是为模拟可变形离散块体系统而提出的一种隐式离散元方法。考虑到真实岩石的细观晶粒结构更加接近于Voronoi多边形,将建立基于Voronoi多边形离散形式的DDA方法,并将其与基于三角形离散的DDA方法进行对比分析。... 详细信息

非连续变形分析(DDA)方法是为模拟可变形离散块体系统而提出的一种隐式离散元方法。考虑到真实岩石的细观晶粒结构更加接近于Voronoi多边形,将建立基于Voronoi多边形离散形式的DDA方法,并将其与基于三角形离散的DDA方法进行对比分析。首先研究不同子块体尺寸对材料弹性参数的影响,并对比2种离散方法在子块体数和接触对数量上的差异。通过模拟单轴压缩、巴西劈裂、带孔圆盘劈裂以及Kalthoff-Winkler冲击等试验,对比分析2种离散形式对岩石宏观参数、破坏形式以及裂纹扩展路径的影响。同时,为了减小网格的依赖性,考虑了3种程度的随机离散网格对结果的影响。结果表明,过于规则的网格离散形式会导致不合理的破坏形式,过于随机的网格离散形式可能导致结果离散性偏大,收敛性变差,而一定程度的随机性则是必要的;基于Voronoi多边形离散形式的DDA方法能够有效地模拟岩石的破坏过程;相比三角形离散,基于Voronoi多边形离散的DDA方法具有更高的计算效率,能得到更高的弹性模量、抗压、抗拉强度和更加真实的压拉比,且裂纹扩展路径也更接近于岩石的沿晶断裂。

关键词：岩石力学岩石破坏非连续变形分析 Voronoi多边形三角形离散随机性网格依赖性

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平直断层黏滑及动态破裂扩展的实验研究

岩石力学与工程学报 2018年第A02期37卷 3990-3997页

作者：董鹏夏开文郭彦双天津大学水利仿真与安全国家重点实验室天津300072 中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029 中国矿业大学

研究断层黏滑的力学特性,观测断层破裂扩展过程,对了解震源过程具有重要意义。基于实验地震方法,对辉长岩平直断层试样进行双轴加载,模拟自然地震现象。在0.05~0.5?m/s加载速率范围内研究加载速率对断层黏滑应力降和周期的影响。通过超... 详细信息

研究断层黏滑的力学特性,观测断层破裂扩展过程,对了解震源过程具有重要意义。基于实验地震方法,对辉长岩平直断层试样进行双轴加载,模拟自然地震现象。在0.05~0.5?m/s加载速率范围内研究加载速率对断层黏滑应力降和周期的影响。通过超高速数字散斑观测系统对断层的动态破裂过程进记录,利用数字图像相关(DIC)技术处理获得断层破裂扩展过程中的位移场以及剪应变场,据此分析断层的动态破裂扩展过程。研究结果表明:(1)在本实验的加载速率范围内,加载速率越低,则黏滑周期越长,平均应力降越大,断层整体滑移量也越大。(2)孕震断层上的成核区域不仅限于一个,断层破裂经历了成核、低速联接以及快速扩展3个阶段,快速扩展的速度接近甚至超过辉长岩试样的剪切波速。(3)断层面上存在一些凹凸体和弱段,造成断层动态破裂扩展过程的复杂性以及断层滑移分布的不均匀性。

关键词：岩石力学黏滑超高速观测系统动态破裂扩展

模拟脆性材料动态裂纹扩展的非连续变形分析方法

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岩土工程学报 2022年第1期44卷 125-133,I0005-I0007页

作者：张开雨刘丰夏开文天津大学水利仿真与安全国家重点实验室及建筑工程学院天津300350 天津大学建筑工程学院天津300350

非连续变形分析方法(DDA)属于隐式离散元法,通过引入虚拟节理可以模拟材料从连续到破坏全过程。尝试将DDA方法应用于脆性材料动态裂纹扩展问题。采用基于Voronoi多边形离散的DDA方法进行模拟。由于Voronoi多边形会存在较多短边,采用原始... 详细信息

非连续变形分析方法(DDA)属于隐式离散元法,通过引入虚拟节理可以模拟材料从连续到破坏全过程。尝试将DDA方法应用于脆性材料动态裂纹扩展问题。采用基于Voronoi多边形离散的DDA方法进行模拟。由于Voronoi多边形会存在较多短边,采用原始DDA程序计算时短边会优先发生破坏。针对该问题通过引入均布弹簧算法,在一定程度上减轻了过多短边发生破坏的问题。其次,为了能够定量分析动态裂纹扩展,提出了一套参数标定方案。该方案通过单轴压缩试验进行弹性参数标定,通过带切槽半圆盘试验进行强度参数标定。利用标定后的参数模拟的带切槽半圆盘,裂纹扩展路径与试验结果高度一致。最后,基于标定的参数,模拟了几类典型脆性材料的动态裂纹扩展问题,包括自相似裂纹扩展、裂纹分叉和紧凑拉伸试验。模拟结果表明,DDA方法能够较好地再现自相似裂纹扩展时裂纹扩展速度保持不变的规律,可以真实地模拟出脆性材料的裂纹分叉现象,并成功模拟了不同加载速度下紧凑拉伸试验中不同的破坏模式。这些算例验证了DDA方法在模拟脆性材料动态裂纹扩展问题的可行性,为后续相关应用打下了基础。

关键词：脆性材料非连续变形分析 Voronoi多边形动态裂纹扩展裂纹扩展速度

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花岗岩动态断裂能各向异性试验研究

岩石力学与工程学报 2018年第A01期37卷 3231-3238页

作者：徐颖 ZHANG Junchen 姚伟夏开文天津大学建筑工程学院天津300072 多伦多大学土木工程系

由于微裂纹的存在以及长期构造应力下矿物晶粒排列所造成的自然各向异性,岩石的力学性质大多表现出各向异性的特点。研究选取Barre花岗岩和Standstead花岗岩,利用改装的分离式霍普金森压杆系统和国际岩石力学学会推荐的直切槽半圆盘弯... 详细信息

由于微裂纹的存在以及长期构造应力下矿物晶粒排列所造成的自然各向异性,岩石的力学性质大多表现出各向异性的特点。研究选取Barre花岗岩和Standstead花岗岩,利用改装的分离式霍普金森压杆系统和国际岩石力学学会推荐的直切槽半圆盘弯曲试样,进行了花岗岩动态断裂能各向异性的试验。试验中根据纵波波速所确定的主方向制备岩石试样,每种岩石制备三组试样。试验采用波形整形技术实现动态力平衡,并利用激光测量裂缝表面张开位移。利用这些测量结果并结合能量分析,确定2种岩石样品的动态断裂能。研究结果表明,加载率在0~200 GPa·m1/2/s范围,2种岩石三个方向的动态断裂能均随着加载率的增加而增加。在相同的加载率下,2种岩石的动态断裂参数具有明显的各向异性。2种岩石X方向(波速最小)的动态断裂能最小,Z方向(波速最大)的动态断裂能最大。此外,随着加载率的提高,2种岩石动态断裂能的各向异性差异越来越明显,这主要是由于高加载率下扩展过程中损伤区域的增大造成的。

关键词：岩石力学花岗岩 Ⅰ型裂纹动态断裂能各向异性

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基于等效时间的混凝土水管冷却等效热传导

华中科技大学学报（自然科学版） 2012年第2期40卷 45-48页

作者：黄耀英郑宏夏开文周宜红三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 多伦多大学土木工程系

采用等效时间成熟函数反映不同温度历程下混凝土的水化反应状态,对考虑混凝土水化度的水管冷却等效热传导进行了研究,推导了基于等效时间的混凝土水管冷却等效热传导有限元计算公式,研制了相关的有限元程序.在计算有热源水管冷却问题的... 详细信息

采用等效时间成熟函数反映不同温度历程下混凝土的水化反应状态,对考虑混凝土水化度的水管冷却等效热传导进行了研究,推导了基于等效时间的混凝土水管冷却等效热传导有限元计算公式,研制了相关的有限元程序.在计算有热源水管冷却问题的混凝土平均温度时,需要存储各高斯点、各增量步等效时间增量,以获得时间增量区间对应的等效时间增量区间,然后计算考虑混凝土水化度时,该时间区间内的水化热温升增量.针对采取骨料预冷和通水冷却等温控措施的某实际混凝土工程,分析在高温季节浇筑的混凝土块的温度和徐变应力,结果表明温度变化范围在12～27℃,考虑混凝土水化度时计算的浇筑块温度最大增高1.022℃,但徐变应力差异较小.

关键词：水化度等效时间水管冷却等效热传导温度徐变应力

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Barre花岗岩动态压缩破坏特性研究

岩石力学与工程学报 2009年第A01期28卷 2743-2748页

作者：陈荣林玉亮卢芳云夏开文国防科技大学理学院湖南长沙410073 多伦多大学土木工程系加拿大多伦多M5S 1A4

利用修正的分离式Hopkinson压杆(SHPB)系统,对Barre花岗岩(Barregranite,BG)圆柱形试样进行高应变率单轴压缩试验。根据各向异性BG试样3个主轴方向将试样分为X向(P波速度中等),Y向(P波速度最低)和Z向(P波速度最高)。试验过程中,采用组... 详细信息

利用修正的分离式Hopkinson压杆(SHPB)系统,对Barre花岗岩(Barregranite,BG)圆柱形试样进行高应变率单轴压缩试验。根据各向异性BG试样3个主轴方向将试样分为X向(P波速度中等),Y向(P波速度最低)和Z向(P波速度最高)。试验过程中,采用组合型整形器(黄铜+橡皮)保证加载中的应力平衡,实现对试样的常应变率加载;利用单脉冲加载技术确保试样在试验过程中只受到1次动态载荷。得到试样3种破坏状态形态:未破坏、表面开裂以及完全破碎。对回收试样切片后的微观裂纹分布研究发现,裂纹随着加载应变率的提高而增多。试验测得BG三个方向不同加载应变率(70,100,130s-1)下的应力–应变关系,分析不同破坏状态下的应力–应变曲线形式。3个方向的试样均表现出应变率相关,最大承受应力随着应变率的增加。在较低和较高的加载应变率下,试样的最大承受应力与初始裂纹方向无关,呈现出各向同性。而在中间加载应变率下Y试样承受应力最大,这是因为BG初始裂纹面平行与XZ平面,在临界加载条件下裂纹扩张比较困难。

关键词：岩石力学花岗岩分离式Hopkinson压杆整形器应变率效应