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拉、压剪作用下煤岩不等长共线裂纹相互作用

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2015年第4期34卷 474-479页

作者：席婧仪陈忠辉朱帝杰张伟洪钦峰中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

为研究天然煤岩体中的裂纹相互作用规律,采用Kachanov法,推导了拉剪不等长共线裂纹和单轴受压滑动闭合裂纹的应力强度因子表达式,分析了裂纹长度,裂纹间距和倾角等几何参数对共线裂纹相互作用的影响.研究结果表明:当裂纹间距增大到一条... 详细信息

为研究天然煤岩体中的裂纹相互作用规律,采用Kachanov法,推导了拉剪不等长共线裂纹和单轴受压滑动闭合裂纹的应力强度因子表达式,分析了裂纹长度,裂纹间距和倾角等几何参数对共线裂纹相互作用的影响.研究结果表明:当裂纹间距增大到一条裂纹长度时,该裂纹对另一裂纹的应力强度因子几乎不产生影响;当小裂纹长度小于裂纹间距时,其对大裂纹的起裂基本无影响;当大裂纹长度大于裂纹间距时,开始影响小裂纹的起裂.

关键词：煤岩体不等长共线裂纹裂纹相互作用应力强度因子裂纹长度裂纹间距

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近置多裂纹相互作用的渐近分析方法

力学学报 2005年第5期37卷 600-605页

作者：李银平杨春和中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学重点实验室武汉430071

考虑到近置裂纹的强相互作用,提出了一种多裂纹相互作用的渐近分析方法.经典Kachanov方法将裂纹表面伪面力分解为两部分:均匀分布部分和非均匀部分,并假设裂纹的相互作用仅由均匀部分引起,而忽略非均匀部分的影响.该假设大大简化了分析... 详细信息

考虑到近置裂纹的强相互作用,提出了一种多裂纹相互作用的渐近分析方法.经典Kachanov方法将裂纹表面伪面力分解为两部分:均匀分布部分和非均匀部分,并假设裂纹的相互作用仅由均匀部分引起,而忽略非均匀部分的影响.该假设大大简化了分析过程,而且当裂纹间距不是很小时,有很好的精度.但当裂纹非常靠近或者沿主荷载方向重叠时,由于裂纹尖端进入了其它裂纹的应力强化区或者应力屏蔽区,强相互作用使得该假设不再合理,从而带来较大的误差.为了提高分析近置多裂纹问题的精度,将裂纹表面伪面力分解为抛物线型分布部分及高阶部分,考虑抛物线型分布张力对其他裂纹的影响,同样忽略高阶部分的影响.通过对三共线裂纹及两平行偏置裂纹两个实例的分析,验证了对于近置裂纹,新渐近方法具有良好的精度.

关键词：裂纹相互作用应力强度因子多裂纹近置裂纹应力分析

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微裂纹群与主裂纹相互作用的扩展有限元分析

微裂纹群与主裂纹相互作用的扩展有限元分析

北京力学会第21届学术年会暨北京振动工程学会第22届学术年会

作者：王恒柳占立许丹丹曾庆磊庄茁清华大学航天航空学院

本文利用扩展有限元方法研究了主裂纹与微裂纹之间相互增强与屏蔽的作用机理。裂纹之间的相互作用通过归一化的应力强度因子来定量表征。本文系统研究了不同数量、排列、密度条件下的微裂纹群对主裂纹的诱导作用。对于单条微裂纹与主裂... 详细信息

本文利用扩展有限元方法研究了主裂纹与微裂纹之间相互增强与屏蔽的作用机理。裂纹之间的相互作用通过归一化的应力强度因子来定量表征。本文系统研究了不同数量、排列、密度条件下的微裂纹群对主裂纹的诱导作用。对于单条微裂纹与主裂纹的相互作用,数值解与解析解的误差在3.51%以内。当主裂纹位于两排规则分布的微裂纹之间时,微裂纹对主裂纹的增强与屏蔽效应呈现出有趣的周期性。此外,需要特别指出的是,主裂纹应力强度因子的极小值仅仅取决于主裂纹裂尖附近的微裂纹,与其它位置的微裂纹无关;但是主裂纹应力强度因子的极大值则由整体微裂纹群的密度、分布等因素主导。基于上述规律,我们通过调整微裂纹群分布的几何参数,使主裂纹位于微裂纹群中时,始终处于被屏蔽状态,避免出现增强的情况,即使主裂纹达到"完全屏蔽状态"。数值计算结果可以对实验中观察到的微裂纹增韧现象给出定量描述,并且对于新型微结构材料的设计具有重要的参考价值。

关键词：裂纹相互作用裂纹间的屏蔽与增强效应扩展有限单元法微裂纹增韧

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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脆性材料裂纹与损伤相互作用的试验研究

岩石力学与工程学报 2017年第11期36卷 2650-2661页

作者：高桂云周洁励争中国地震局地壳应力研究所北京100085 北京大学工学院力学与工程科学系北京100871

为研究岩石等脆性材料的损伤对裂纹动态扩展的影响,采用动态透射焦散线方法,模拟脆性材料裂纹与损伤相互作用的动态过程,进行多种损伤情况下有机玻璃试样裂纹动态扩展过程试验研究,讨论不同类型损伤对脆性材料裂纹动态扩展规律的影响和... 详细信息

为研究岩石等脆性材料的损伤对裂纹动态扩展的影响,采用动态透射焦散线方法,模拟脆性材料裂纹与损伤相互作用的动态过程,进行多种损伤情况下有机玻璃试样裂纹动态扩展过程试验研究,讨论不同类型损伤对脆性材料裂纹动态扩展规律的影响和裂纹与损伤相互作用的机制。试验结果表明:不同类型的损伤对裂纹扩展影响不同,除裂纹型损伤外,其他几种类型损伤的存在均会引起裂纹扩展出现短暂停滞,停滞时间与损伤的尺寸及距离扩展裂纹路径的距离有关系;裂纹扩展路径上存在单个圆孔时会影响裂纹扩展速度,裂纹消耗能量增大;而多个圆孔情况下,材料局部弱化,裂纹扩展速度增大,而裂纹扩展消耗能量降低;表面损伤和局部贯通裂纹的尺寸、相对裂纹扩展路径距离等影响裂纹扩展速度,但能量消耗并未增大;对称裂纹相互竞争,同步扩展,裂纹尖端位置或裂纹长度的微小差别(例如裂纹长度相差3.68%)就会对裂纹起裂产生明显影响,导致2个裂纹起裂时间不同,裂纹扩展以后,先起裂的裂纹尖端应力强度因子大说明能量集中到相应裂纹尖端,从而越有利于该裂纹的扩展,扩展速度也就越大(相差约38.9%),相同条件下裂纹扩展所消耗的能量也越大。

关键词：岩石力学脆性材料动态断裂损伤裂纹相互作用动态焦散线方法

热载荷下脆性固体中三维平行内裂纹的相互作用:实验和数值模拟

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Journal of Central South University 2023年第1期30卷 331-350页

作者：汪云飞王海军赵新铭汤雷潘建伍 Department of Civil and Airport Engineering Civil Aviation CollegeNanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjing 210016China State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering Nanjing Hydraulic Research InstituteNanjing 210029China

热断裂是一种典型断裂。裂纹广泛存在于脆性固体中,温度变化下裂纹的应力集中与扩展对于热断裂有着重要影响。传统研究大多集中在表面裂纹或二维裂纹,而对于温度场下内裂纹的扩展及多内裂纹的相互作用研究较少。本文使用3D-激光疲劳内裂... 详细信息

热断裂是一种典型断裂。裂纹广泛存在于脆性固体中,温度变化下裂纹的应力集中与扩展对于热断裂有着重要影响。传统研究大多集中在表面裂纹或二维裂纹,而对于温度场下内裂纹的扩展及多内裂纹的相互作用研究较少。本文使用3D-激光疲劳内裂纹(3D-ILC)方法,在完整立方体试件内制作三维双平行内裂纹,对表面不造成任何损伤。开展了温度场下不同垂直间距内裂纹断裂物理试验和三维数值模拟,并对双裂纹相互作用模式进行了分析讨论。结果表明:1)当双裂纹共面时,内裂纹两侧温度场分布对称,双裂纹扩展方向不发生偏移,内裂纹内侧尖端相互吸引最终融合,属于Mode-I型裂纹。此外共面裂纹扩展迹线相交呈“I”形断口特征。2)双裂纹垂直间距d与裂纹半径a之比d/a裂纹相互吸引并融合,且当d/a=1时相互作用程度最大,非共面裂纹迹线交并为“月牙形”断口特征。3) d/a≥2后双裂纹内侧尖端扩展呈“排斥”,而“排斥”现象是边界效应导致,并非多裂纹间相互作用,属于Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹。4)不论垂直间距大小,内裂纹两侧尖端均存在应力集中现象,且内侧远大于外侧,故内侧裂纹扩展长度大于外侧。研究结果为温度场下三维双平行裂纹相互作用的研究提供了实验和理论依据。

关键词：热断裂 3D激光疲劳内裂纹(3D-ILC) 双裂纹脆性固体裂纹扩展裂纹相互作用

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岩石类材料中压剪裂纹的相互作用分析

岩石力学与工程学报 2003年第4期22卷 552-555页

作者：李银平王元汉肖四喜华中科技大学土木工程和力学学院武汉430074 岳阳师范学院土木系岳阳414000

将一种多裂纹相互作用的分析方法推广到类岩石材料的压剪裂纹相互作用分析中,并作为特例讨论了两共线压剪裂纹及两偏置平行压剪裂纹。结果表明:两压剪裂纹桥联区几何特征对其相互作用有决定性影响,该方法为进一步研究压剪裂纹的扩展和... 详细信息

将一种多裂纹相互作用的分析方法推广到类岩石材料的压剪裂纹相互作用分析中,并作为特例讨论了两共线压剪裂纹及两偏置平行压剪裂纹。结果表明:两压剪裂纹桥联区几何特征对其相互作用有决定性影响,该方法为进一步研究压剪裂纹的扩展和聚合提供了基础。

关键词：断裂力学岩石类材料裂纹相互作用应力强度因子压剪裂纹

岩石爆破基础理论研究进展与展望Ⅲ——波纹关系

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工程科学学报 2025年第1期47卷 1-12页

作者：许鹏杨仁树陈程丁晨曦王雁冰北京科技大学数理学院北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北方工业大学土木工程学院北京100144 中国矿业大学(北京)力学与土工工程学院北京100083

岩石爆破“三大关系(本构、动静、波纹)”是爆破理论研究的重要内容,爆炸应力波与裂纹的相互作用是影响岩石破碎效果的关键因素.本文围绕“炸药爆炸能量释放与爆炸裂纹扩展的精细控制原理”这一关键科学问题,聚焦爆炸应力波与静止裂纹(... 详细信息

岩石爆破“三大关系(本构、动静、波纹)”是爆破理论研究的重要内容,爆炸应力波与裂纹的相互作用是影响岩石破碎效果的关键因素.本文围绕“炸药爆炸能量释放与爆炸裂纹扩展的精细控制原理”这一关键科学问题,聚焦爆炸应力波与静止裂纹(岩体中既有缺陷)的相互作用、爆炸应力波与爆炸裂纹的相互作用、爆炸应力波作用下裂纹间的相互作用、地应力与爆炸应力波耦合作用下的裂纹扩展等四个方面,深入探讨了不同爆炸应力波的传播方向和强度对裂纹扩展行为(包括裂纹扩展方向、速度和长度)的影响规律.现有研究发现爆炸应力波在静止裂纹处发生反射和衍射,产生“双马赫锥”现象,致使爆炸能量较多地积聚在静止裂纹周围,诱导静止裂纹周围产生损伤和破坏;爆炸膨胀波对迎面爆炸裂纹的扩展有抑制作用,剪切波对其扩展有促进作用,而在爆炸应力波与同向爆炸裂纹的相互作用过程中,爆炸膨胀波和剪切波对裂纹扩展速度的影响则相反;爆炸荷载下相向扩展的两条裂纹互为自由面,产生“咬合效应”,形成相互勾连的形状;地应力场能够促进平行最大主应力方向的爆炸裂纹扩展,抑制垂直最大主应力方向的爆炸裂纹扩展,且地应力场的主应力差值越大,爆炸裂纹沿最大主应力方向的扩展长度越长.研究成果可为优化爆破炮孔间距、延期时间等参数,实现精细调控爆炸裂纹扩展提供理论依据.

关键词：岩石爆破爆炸应力波静止裂纹爆炸裂纹裂纹相互作用

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裂纹面动摩擦作用对脆性材料动力破坏的影响

工程力学 2022年第12期39卷 50-59页

作者：夏晨戚承志利学周卓群北京建筑大学土木与交通工程学院北京100044 北京未来城市设计高精尖创新中心北京100044 城市交通基础设施建设北京国际科技合作基地北京100044

基于岩石类材料的I型裂纹模型,提出了一种考虑裂纹密度、裂纹相互作用以及裂纹面动摩擦作用的脆性材料动力模型。以正方形阵列分布的裂纹为例,定量分析了不同裂纹密度及不同摩擦行为对试件的裂纹扩展过程、试件受力和破坏的影响。数值... 详细信息

基于岩石类材料的I型裂纹模型,提出了一种考虑裂纹密度、裂纹相互作用以及裂纹面动摩擦作用的脆性材料动力模型。以正方形阵列分布的裂纹为例,定量分析了不同裂纹密度及不同摩擦行为对试件的裂纹扩展过程、试件受力和破坏的影响。数值计算结果表明:随着裂纹密度增大,裂纹间的相互作用增强,试件破坏时的加载应力降低,惯性效应引起试件轴向附加应力增大。裂纹面的滑动会降低裂纹面的动摩擦系数,促进裂纹发展,并降低试件的强度。相对于常数摩擦系数,考虑速度及状态依赖型摩擦模型对裂纹面的滑动过程更为合理。动强度因子对比结果显示出试件明显的应变率效应和尺寸效应。

关键词：翼型裂纹模型裂纹相互作用裂纹密度动摩擦动强度因子

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爆炸荷载作用下径向裂纹动态行为实验研究

中国矿业 2018年第9期27卷 174-177页

作者：陈程高祥涛丁晨曦中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 贵州省公安厅治安警察总队贵州贵阳550001

利用动态焦散线实验方法结合高速相机研究了爆炸应力波与爆生运动裂纹对先爆炮孔形成的定向裂纹缺陷动态行为的影响。研究结果表明:爆炸应力波P波前端压缩应力波使得裂纹面闭合应力强度因子降低,P波尾部拉伸波以及SV波使裂纹发生张开变... 详细信息

利用动态焦散线实验方法结合高速相机研究了爆炸应力波与爆生运动裂纹对先爆炮孔形成的定向裂纹缺陷动态行为的影响。研究结果表明:爆炸应力波P波前端压缩应力波使得裂纹面闭合应力强度因子降低,P波尾部拉伸波以及SV波使裂纹发生张开变形应力强度因子增大;裂纹面的不规则性以及张开裂纹厚度的突然变化使得SV波与静止裂纹相互作用过程中在裂纹面作用区域产生犬牙状焦散斑;运动裂纹尖端应力场有利于裂纹的起裂,裂纹起裂后在运动裂纹相互作用中两裂纹均会向相对裂纹裂纹面方向发生偏转形成勾连状裂纹。

关键词：爆炸荷载波与裂纹动态焦散线裂纹相互作用