冲击载荷下圆盘应力平衡及构形对动态断裂韧度测试值影响性研究
岩石动态断裂韧度表征岩石材料在冲击载荷下抵抗因裂纹起裂引起断裂的能力，是岩石材料的固有属性。如何通过实验测定与测试试件构形、加载方式和数据处理方法无关的、较为可信的材料动态断裂参数，对于结构防震、开采扰动和光面爆破控制等工程实践具有重要的研究意义。 基于弹性力学、岩石断裂力学及冲击动力学理论，利用 SHPB装置径向冲击圆孔裂缝平台巴西圆盘试件，采用实验-数值方法确定大理石的I型动态断裂韧度KId。本文一方面针对入射脉冲在圆盘类试件中传播引起的应力不平衡，导致不同动载确定方法对动态断裂韧度KId测试值的影响进行了研究；另一方面针对中心圆孔孔径的变化引起的不同圆盘构形对动态断裂参数的测定影响进行了探讨。 研究表明：利用实验-数值方法确定动态断裂韧度时，由于其考虑了惯性效应，因此不需要满足准静态方法苛求的应力平衡。但是考察试件内部的应力平衡情况，对于不同方法确定施加在试件上的动态载荷尤为重要。其中，由于炮弹直接冲击导致二波法确定的载荷历程曲线上有较多的高频振荡分量，而利用一波法没有考虑裂纹起裂、扩展消耗的能量和储存在试件中的动能。因此利用载荷平均、折中的三波法确定的动载得到的岩石动态断裂韧度测试值是较为可信的、比较真实的动态断裂参数。 随着中心圆孔孔径的增大岩石动态断裂韧度的测试值变化不是很明显，但是数值拟合的回归曲线跟动态测试数值的平均值较为接近，这是由于圆孔孔径的变化导致试件构形的差异和实验得到的动态载荷相互耦合的结果。当圆孔孔径较小，在主裂纹孕育扩展时，萌生了较多的次生裂纹和发生了崩落的现象。但是随着中心孔径直径的变大，HCFBD试件呈现宏观的拉贯通模式，次生裂纹数目大大减少，基本无较小的碎块，最终断裂模式为不太对称的4-6个部分。
圆盘应力平衡;岩石动态断裂韧度;测试值;冲击载荷
河南理工大学
硕士
采矿工程
张盛
2013
中文
TD311
100
2016-05-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）