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岩石在冲击压缩破坏过程中的能量演化分析

地下空间与工程学报 2013年第S1期9卷 1477-1482页

作者：陈腾飞许金余刘石王鹏方新宇空军工程大学机场建筑工程系西安710038 西北工业大学力学与建筑工程系西安710072

从宏观热力学原理出发,分析岩石冲击压缩破坏过程中的能量演化过程,将作用于岩石系统的外部能量定义为输入能(ψ),内部自平衡能量分为可释放弹性应变能(ψe)和结构破坏能(ψd),通过岩石的SHPB试验分析各部分能量的变化,试验结果表明:岩... 详细信息

从宏观热力学原理出发,分析岩石冲击压缩破坏过程中的能量演化过程,将作用于岩石系统的外部能量定义为输入能(ψ),内部自平衡能量分为可释放弹性应变能(ψe)和结构破坏能(ψd),通过岩石的SHPB试验分析各部分能量的变化,试验结果表明:岩石的冲击压缩过程实质上是岩石系统通过内部ψe和ψd与ψ的不断转化平衡的过程,当累积ψd达到某一极限时,发生冲击破坏,ψe转化为其他形式能量释放出来;岩石的破坏时间,ψ,ψe和ψd都与冲击速度密切相关,冲击速度越大破坏时间越短,ψ的累积总量、累积速度也越大;并且累积ψe的变化时间迟于累积ψ和ψd的变化时间,前者在100μs后开始迅速增加,而后两者分别在75μs和50μs后开始迅速增加;冲击压缩过程中破坏临界比也与冲击速度相关,并且破坏临界比增加越快,破坏后岩石的碎块尺度越小,碎块越多。

关键词：岩石力学冲击破坏可释放弹性应变能结构破坏能能量演化

湿热环境下碳纤维复合材料冲击损伤与破坏实验研究

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湿热环境下碳纤维复合材料冲击损伤与破坏实验研究

作者：谷卫敏武汉理工大学

学位级别：硕士

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer:CFRP)具有比强度和比刚度高等优异的综合性能,因此在海洋及水下领域开始被广泛应用。湿热环境和外部荷载是在水下以及航海领域内经常遇到的环境因素。目前关于CFRP的湿热性能研究... 详细信息

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer:CFRP)具有比强度和比刚度高等优异的综合性能,因此在海洋及水下领域开始被广泛应用。湿热环境和外部荷载是在水下以及航海领域内经常遇到的环境因素。目前关于CFRP的湿热性能研究已逐渐成熟,但是湿热环境对CFRP冲击损伤与破坏的影响研究尚少,因此本文来研究湿热环境对碳纤维环氧树脂复合材料冲击损伤和破坏的影响。本文首先采用三因素三水平的正交实验,对碳纤维环氧树脂复合材料试样进行了湿热处理和冲击实验,湿热处理为温度50℃、60℃、70℃的水浴处理,吸湿时间为10天、20天、30天,冲击实验为三种速度的锥头弹体冲击,冲击结束后采用超声波C扫描来检测试样内部的损伤投影面积,借助扫描电镜和超景深三维显微系统观察试样的损伤形式,分析试样在受到冲击荷载时,其吸能性能、损伤形式和损伤机理;其次针对干燥室温状态试样和吸湿饱和(70℃水浴)状态试样,采用三种不同形态弹体进行冲击实验,分析了弹体形态和试样状态两种因素下试样损伤机理的异同。实验研究表明,湿热环境中碳纤维环氧树脂复合材料的吸湿过程分为两个阶段:第一阶段,吸湿量与吸湿时间的平方根呈线性;第二阶段,吸湿速率缓慢下降,主要是一些亲水基团的吸水过程。在冲击速度、环境温度、吸湿时间的三种因素三种水平的正交实验结果中,当湿热环境温度为70℃,吸湿时间为20天及冲击速度为90m/s时,试样的吸能值达到最大,损伤孔洞投影面积也达到最大。同一形态弹体的冲击下,随着弹体冲击速度的增加,两种状态下试样的损伤孔洞投影面积不断增加。在速度较低的情况下,锥头弹体对试样的破坏最大,但是在速度较高即能够将试样侵彻贯穿的情况下,平头弹体对试样的破坏最大;由三种形态弹体的损失能量即试样的吸能情况可知,湿热处理增加了试样内基体的塑性,提高了试样的吸能能力,增强了试样的抗冲击性能。

关键词：碳纤维/环氧树脂湿热环境吸湿量冲击破坏正交实验

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尾砂流冲击作用下砌体结构破坏机理

尾砂流冲击作用下砌体结构破坏机理

作者：刘召华南昌大学

学位级别：硕士

尾矿库溃坝是一种比较常见的、危害巨大的灾害,在统计的93种事故、公害的隐患中,它名列第18位。尾矿库因所处的地理位置一般在交通线附近、在山谷中重要水源处或者是在居民区的上游。一旦尾矿库发生溃决,将会给下游人民的生命及财产安... 详细信息

尾矿库溃坝是一种比较常见的、危害巨大的灾害,在统计的93种事故、公害的隐患中,它名列第18位。尾矿库因所处的地理位置一般在交通线附近、在山谷中重要水源处或者是在居民区的上游。一旦尾矿库发生溃决,将会给下游人民的生命及财产安全带来巨大的损失。山区居民建筑大都是砌体结构形式,在尾砂流的冲击作用下会产生破坏,所以研究尾砂流对砌体结构的冲击破坏机理具有重要意义。本文以永平铜矿的燕仓尾矿库2#副坝为工程背景,借助室内大型缩尺模型试验以及有限元软件ANSYS对尾砂流冲击作用下砌体结构的破坏机理进行了初步的研究。主要研究成果如下:(1)通过整理研究相关国内外的文献资料,确定模型相关材料(混凝土、烧结粘土砖)的本构关系;并选用软件ANSYS,采用完全瞬态动力分析方法对该问题进行分析。(2)利用相似理论,确定相关的模型试验材料以及几何相似比尺,建立了大型的室内缩尺试验模型,通过试验得出了尾砂流对下游砌体结构的冲击力特征曲线和尾砂流对下游区域的影响范围。(3)建立了两层四开间的砖砌体结构房屋有限元模型,采用ANSYS非线计算软件模拟此结构在尾砂流作用下的破坏过程,通过对构造柱及墙体的位移和应力分析其破坏机理。计算结果表明,在尾砂流冲击作用下边柱的应力小于中间柱子的应力;同一根构造柱的最大应力始终出现在柱底位置,其次是柱顶,最后是柱中;在冲击力的持续作用下,节点位移将持续增大,在达到最大值以后,随着应力的减小位移也有所减小,最终稳定在某一范围。(4)在尾砂流的冲击作用下,两边窗间墙的应力明显大于中间窗间墙的应力;并且随着冲击力范围的增大墙体的应力也随着增大;墙体节点的位移随着冲击力作用时间的增长而持续增加的,并且随着时间的增加其节点位移增加的速率越来越快;随着冲击力范围的增大位移也随着增大。根据对两个模型计算结果的分析,发现适当的减小房间的开间,构造柱和墙体的应力及位移都有所减小,即减小开间有利于提高构造柱及墙体的安全性。

关键词：尾砂流模型试验砌体结构冲击破坏数值模拟

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冲击作用下铀尾矿坝损伤与氡析出规律

有色金属工程 2023年第6期13卷 140-146页

作者：李向阳李能汪弘陈振兴刘永南华大学资源环境与安全工程学院湖南衡阳421001 湖南省铀尾矿库退役治理技术工程技术研究中心湖南衡阳421001 铀矿冶放射性控制技术湖南省工程研究中心湖南衡阳421001

冲击损伤会破坏铀尾矿坝体结构,给周边及下游人身财产安全带来潜在危害。通过自研水平冲击试验台开展铀尾矿库坝体冲击模拟试验,研究冲击速度逐级加载下坝体损伤特征及其坝体损伤氡析出规律。结果表明,冲击对坝体的损伤主要表现为表面... 详细信息

冲击损伤会破坏铀尾矿坝体结构,给周边及下游人身财产安全带来潜在危害。通过自研水平冲击试验台开展铀尾矿库坝体冲击模拟试验,研究冲击速度逐级加载下坝体损伤特征及其坝体损伤氡析出规律。结果表明,冲击对坝体的损伤主要表现为表面单主裂隙发育和穿透破坏,穿透深度随冲击速度的增加而增加,红土层穿透破坏后的穿透深度的变化速度增大;红土层穿透前的氡浓度累积增长速率快于穿透后,穿透深度与整体氡析出率的规律呈现为缓慢上升(OA)-快速上升(AB)-趋于平稳(BC);穿透深度与降氡系数之间呈现快速下降到趋于平稳的规律,在红土层穿透后的3~7 cm穿透区间内降氡系数变化仅为2.94%。其结果可为铀尾矿库坝体安全稳定性研究提供参考。

关键词：铀尾矿坝坝体损伤冲击破坏氡析出率

波纹夹芯热塑性碳纤维金属层板制备与抗冲击特性研究

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波纹夹芯热塑性碳纤维金属层板制备与抗冲击特性研究

作者：严晓强燕山大学

学位级别：硕士

纤维金属层板(Fiber Metal Laminates,FMLs)是一种由薄金属板和纤维复合材料铺叠固化而成的一种复合材料。由于该层板优异的力学性能,从而广泛应用于航空航天和交通运输等领域。国内外学者已经对纤维金属层板的低速问题进行了广泛的研... 详细信息

纤维金属层板(Fiber Metal Laminates,FMLs)是一种由薄金属板和纤维复合材料铺叠固化而成的一种复合材料。由于该层板优异的力学性能,从而广泛应用于航空航天和交通运输等领域。国内外学者已经对纤维金属层板的低速问题进行了广泛的研究并且也取得了许多研究成果。我国在纤维金属层板方面的研究起步较晚,对纤维金属层板的研究还存在不足。本文对纤维金属层板结构优化和基体强化并进行低速冲击实验和有限元仿真。本文主要内容如下:首先建立铝板、单层复合材料和界面层的力学损伤模型,并将仿真结果与实验结果进行对比验证该模型的有效性。模拟结果显示,当纤维金属层板受到冲击时首先发生的为分层损伤,之后发生的为纤维和基体断裂损伤、铝板塑性变形和铝板破裂,而波纹铝板的裂纹发生在波峰处,该裂纹较下侧铝板所产生的裂纹要窄。制备波纹夹芯碳纤维金属层板并按照低速冲击相关标准选用不同的冲击能量对层板进行低速冲击试验,根据所得数据和冲击后层板表面可视损伤来分析层板的抗冲击性能。高度差为0.2mm的层板表现出最好的抗冲击性能,受冲击载荷后该层板表面可视损伤和内部损伤程度最低,较高的峰值载荷以及更好的吸能特性。将一定浓度的悬着液(碳纤维粉末、短切碳纤维和纳米纤维素)喷涂于预浸带表面,之后将该预浸带用于制备碳纤维金属层板。加入为例显著增强了碳纤维金属层板的抗冲击性能,使层板具有更低的表面可视损伤、更高的峰值载荷和更低的冲头位移,其中纳米纤维素微粒的改善效果最佳。添加微粒后增强了碳纤维金属层板层间相邻层以及树脂的强度,从而抑制界面分层和基体开裂,同时减少层板挠度、铝板损伤和铝板/复合材料的脱粘。

关键词：纤维金属层板预浸带冲击破坏波纹铝板

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混凝土破坏过程离散元细观参数确定及仿真

混凝土破坏过程离散元细观参数确定及仿真

作者：潘贵阳东南大学

学位级别：硕士

混凝土是一种应用广泛的工程材料,混凝土结构大量存在于工程项目中。这些结构破坏过程复杂,影响着整个工程项目的安全性,因此研究其破坏机理具有十分重要的意义。混凝土介质组成复杂,考虑到试验及理论研究的局限性,从细观角度采用数值... 详细信息

混凝土是一种应用广泛的工程材料,混凝土结构大量存在于工程项目中。这些结构破坏过程复杂,影响着整个工程项目的安全性,因此研究其破坏机理具有十分重要的意义。混凝土介质组成复杂,考虑到试验及理论研究的局限性,从细观角度采用数值方法研究混凝土破坏过程及其力学性能影响因素具有重要的理论意义和工程应用价值。本文基于离散元法建立了混凝土精细化模型,研究了骨料形状与水泥砂浆强度对混凝土破坏的影响,分析了冲击荷载作用下混凝土破坏机理。首先,通过瓦拉文公式将骨料含量从三维到二维等效转化,提出了一种精细化建模思路,建立了混凝土离散元精细化模型。其次,进行了离散元细观参数宏细观影响分析和标定、基于数字图像相关方法测量了混凝土四点弯试验构件裂缝和表面位移,对比试验测量与数值模拟结果,验证了模型建立和参数确定的合理性。然后,研究了影响混凝土破坏因素,分析了骨料形状改变、水泥砂浆强度变化对混凝土力学性能影响。最后,进行了冲击荷载作用下混凝土破坏的离散元仿真分析,确定了冲击力施加方式,分析了冲击荷载作用下混凝土梁的破坏机理及动力响应。研究得出以下结论:1)离散元细观模量E对混凝土宏观弹性模量起决定性作用,而法向粘结强度(?)可调控峰值强度。四点弯构件的仿真破坏经过微裂纹-微裂缝-宏观裂缝三个阶段;通过破坏机制、宏观裂缝形态、构件表面位移进行多方面对比验证,确认建立的混凝土离散元精细化模型及标定的细观参数的正确有效性。2)应力集中是影响混凝土承载能力的重要因素,骨料尖角越小,混凝土承载能力越低。圆形降低了砂浆和骨料之间的咬合作用,越圆的骨料,混凝土承载能力越低。随着砂浆强度的提高,混凝土峰值应力水平不断提高,但砂浆强度超过相应的骨料时,混凝土强度主要受限于骨料;随着砂浆强度的提升,裂纹的数量、种类也在变化,砂浆与粘结面裂纹减少,骨料破坏更明显,破坏形态上保持了完整性,不再有局部脱落现象,破坏从宏观裂缝变为骨料破坏的局部断裂面。3)混凝土梁的冲击破坏主要为冲击点附近的局部破坏区、冲击应力波传播的裂纹贯通区以及梁跨中位置底部的应力波反射区。局部破坏区裂纹产生主要是拉伸和剪切破坏;应力波传播区和反射区主要是拉伸破坏;总体上裂纹沿着冲击速度的方向分别在两侧产生,随着冲击角度的增大,左右两侧裂纹分布逐渐趋于对称;冲击动力响应在较低冲击速度下呈现出线性变化趋势,但随着冲击速度增大,变化趋势呈波动性,跨中底部应力与应变峰值不再同时增大。

关键词：混凝土破坏离散元法细观参数骨料形状冲击破坏

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以动态破坏时间鉴定煤的冲击倾向

煤炭科学技术 1986年第3期14卷 31-34,61页

作者：张万斌王淑坤吴耀焜屈先朝煤炭科学研究院北京开采所

一、引言我国煤矿发生冲击地压的条件极为复杂。从地质条件来看,除褐煤以外的各煤种,采深从200～1000m,地质构造从极简单至极复杂,各种厚度、各种倾角的煤层,顶板包括砂岩、灰岩、油母页岩等各种情况都记录到冲击现象;从生产条件来看,... 详细信息

一、引言我国煤矿发生冲击地压的条件极为复杂。从地质条件来看,除褐煤以外的各煤种,采深从200～1000m,地质构造从极简单至极复杂,各种厚度、各种倾角的煤层,顶板包括砂岩、灰岩、油母页岩等各种情况都记录到冲击现象;从生产条件来看,各种工艺和各种采煤方法都发生了冲击地压。同时,大量的冲击地压实例表明,同一矿井,

关键词：冲击地压采煤方法极简单试验机煤种能量释放加载速率冲击破坏应力应变曲线过程曲线

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非常规态型近场动力学热黏塑性模型及其应用

力学学报 2018年第4期50卷 810-819页

作者：王涵黄丹徐业鹏刘一鸣河海大学力学与材料学院南京211100

在非常规态型近场动力学(non-ordinary state-based peridynamics,NOSB-PD)理论框架下构建了考虑应变率效应、塑性硬化、热软化效应和材料断裂特征的非局部三维热黏塑性固体本构模型以及相应的非局部空间积分型数值算法,并应用于金属类... 详细信息

在非常规态型近场动力学(non-ordinary state-based peridynamics,NOSB-PD)理论框架下构建了考虑应变率效应、塑性硬化、热软化效应和材料断裂特征的非局部三维热黏塑性固体本构模型以及相应的非局部空间积分型数值算法,并应用于金属类材料和构件在冲击载荷作用等工况下的高应变率热黏塑性变形与破坏分析.通过对经典含初始裂纹Kalthoff-Winkler板冲击试验进行三维近场动力学模拟,可得到裂纹的起裂角度、扩展路径、扩展速度以及裂纹扩展过程中靶板等效应力和温度分布,所得结果与已有试验结果和其他数值方法结果吻合较好.在此基础上,应用该模型分析了不同冲击速度作用下金属靶板的变形与裂纹扩展过程,结果表明:该模型能较好地模拟不同冲击速度(应变率)情况下靶板的变形与破坏全过程.随着冲击速度变化,初始裂纹的起裂时间、扩展方向和扩展速度呈一定规律变化.冲击速度越低,起裂时间越晚(直至冲击速度低于某值时初始裂纹不扩展),裂纹扩展速度峰值越低,冲击过程中靶板温度峰值越低,完全扩展所需时间越长.

关键词：冲击破坏热黏塑性非常规态型近场动力学裂纹扩展非局部模型 Kalthoff-Winkler试验

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冲击致损的夹层玻璃板开裂后的静载强度

上海交通大学学报 2020年第3期54卷 227-238页

作者：刘炘炜杨健王星尔刘强上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 中国建筑科学研究院有限公司北京100013

选用混合浮法和钢化玻璃的双层和三层夹层玻璃,并采用单种SentryGlas@Plus (SGP)或混合SGP/聚乙烯醇缩丁醛(PVB)胶层,对5组15块冲击致损后的夹层玻璃板进行静载试验.通过分析试件的荷载-挠度关系,研究玻璃裂纹模态、胶层性能对夹层玻璃... 详细信息

选用混合浮法和钢化玻璃的双层和三层夹层玻璃,并采用单种SentryGlas@Plus (SGP)或混合SGP/聚乙烯醇缩丁醛(PVB)胶层,对5组15块冲击致损后的夹层玻璃板进行静载试验.通过分析试件的荷载-挠度关系,研究玻璃裂纹模态、胶层性能对夹层玻璃开裂后强度的影响.试验结果显示:底层玻璃的裂纹模态对夹层玻璃构件的承载方式起着决定性作用;相比于钢化玻璃,浮法玻璃能形成"更有利的碎片形状",因而能形成更好的传力路径并显著影响夹层玻璃的开裂后强度;对于双层夹层玻璃,底层为浮法玻璃的开裂后强度比底层为钢化玻璃的开裂后强度高46.5%;对于三层夹层玻璃,采用混合SGP和PVB胶层时开裂后强度仅为采用双层SGP的37%;从破坏模式而言,前者破坏后出现中心贯穿,呈现不利的脆性破坏特征,而SGP/PVB混合夹层玻璃则增加了样本的延性,充分发挥了胶层的性能.

关键词：夹层玻璃开裂后强度裂纹模态 SentryGlas^(@)Plus胶冲击破坏静载试验