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，關于材料動態(tài)斷裂問題的試驗技術和理論研究已成為多年以來學術界普遍關注的熱點。然而由于問題的復雜性，至今都沒有形成一個公認的，規(guī)范的裂紋動態(tài)起始判據(jù)，對這個問題還需要進行大量的、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研究的兩大問題。為了預防在地下工程結構出現(xiàn)巖石爆裂造成的災難性的破壞，因此很有必

2、須了解巖石材料的動態(tài)力學性能進而提供研究其動態(tài)破壞機理的方法。
　　 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復合型加載條件，且應力強度因子具有解析解，故在脆性材料斷裂韌性測試方面得到了廣泛的關注。通過對巖石試件進行純Ⅰ型的加載試驗，利用試件兩端的平均載荷推廣準靜態(tài)下應力強度因子用于動態(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，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，即將實測載荷轉化為相應的壓力載荷施加在入射桿帶入有限元進行計算，由有限元計算結果直接得到裂尖處的動態(tài)數(shù)值解進而得到動態(tài)斷裂韌性。從數(shù)值計算結果和試驗結果對比可以看出，在