脆性材料在冲击荷载下的力学行为研究现状

脆性材料在冲击荷载下的力学行为研究现状xx理工大学的xx等在

2015年5月研究了表面热冲击下脆性材料半空间不同方位裂纹的临界长度，他们认为：

结构承受热冲击时，温度非均匀性会导致结构产生热应力，从而引起裂纹的萌生和扩展。该文研究脉冲激光作用下的含单裂纹脆性材料半空间温度场和应力场。基于Fourier(傅里叶)热传导和热-力耦合原理，建立瞬态热传导方程和平衡方程;采用ANSYS 软件实现温度场和应力场三维问题的有限元数值模拟;分析不同裂纹在不同位置对热应力场的影响，从而得到裂尖应力强度因子;依据材料临界应力强度因子，通过有限元计算得出不同方位热冲击下裂纹扩展的临界长度。计算结果表明，脆性材料在受到Gauss(高斯)分布激光的辐照时，裂纹长比激光半径为

0．12时，裂纹较为危险，且在r /r0=

0．2处且与径向夹角为60°的裂纹更为危险，而且材料的断裂应属于剪切型断裂。这些结果可以为承受热冲击结构中的危险裂纹标定提供理论依据。

xx交通大学的xx征等在

2014年4月研究了不同加载条件下泡沫杆的冲击动力响应，他们认为：

基于一维非线性质量弹簧模型，研究了不同冲击加载条件下泡沫材料杆的冲击动力响应特性．在保证初始冲量相同的条件下，对比讨论了矩形载荷、正弦载荷、三角形载荷和倒三角载荷作用下泡沫杆内弹塑性应力波的传播过程，以及杆的动态变形特征．给出了不同载荷作用下的冲击应力增强因子和临界冲量．研究结果确定了不同冲击加载条件下泡沫材料的动力响应特征，对不同工况下泡沫结构的动力学性能设计具有重要的理论指导意义．

重庆大学的xx等在

2011年11月对冲击压缩下氧化铝陶瓷中的延迟破坏进行了实验研究，他们认为：

利用轻气炮对不同厚度的氧化铝陶瓷试件进行了平板冲击实验，并借助激光速度干涉仪（ＶＩＳＡＲ）测试了试件的自由面速度历程。

实验结果显示，自由面速度曲线上存在表征破坏波出现的二次压缩信号。根据实验结果计算获得了破坏波穿过试件的运动进程，并确定了试件中破坏波的运动轨迹近似为一条直线，得出在冲击压力为７．１６ＧＰａ时试件内破坏波波速约为５．０５１ｋｍ／ｓ，破坏延迟时间约为０．１０５μｓ。最后简单分析了该现象产生的物理机制。

中南大学的xx等在

2011年11月对冲击载荷下脆性岩板损伤断裂演化的实验模拟进行了研究，他们认为：

在矿山运输系统中，井壁围岩冲击损伤破坏对经济和安全效益的影响是至关重要的，因为动态冲击载荷对井壁围岩和支护结构会产生严重的削弱破坏作用，室内研究表明，岩石样品如岩板在动态载荷的冲击作用下会失效。为研究在低速冲击载荷作用下，脆性岩石损伤断裂的演化过程，利用分离式霍普金森压杆( SHPB)装置中压缩气体发射球体子弹对脆性岩板进行变角度冲击损伤实验，岩板受到冲击后，边缘出现凹坑，表面裂纹从撞击凹坑直达岩板边缘，实验中样品的表面裂纹能有效代表试样内部的开裂状况，能有效反映冲击能量的耗散、破裂区面积与裂纹表面积随入射能量呈非线性增长趋势，同时与入射角度相关，但当破裂区面积急剧下降时，裂纹表面积反而急剧上升，表明裂纹的发生发展有明显的孕育期，在入射能量达到临界值前，主要表现为裂纹孕育增长，在达到临界值后，发生宏观断裂破坏，裂纹面积呈负增长，破裂区面积增大。实验结果分析表明在实际工程中，围岩和支护结构的抗冲击的最优化设计角度范围在15°～30°。

北京理工大学的xx等在

2010年4月对冲击载荷作用下脆性材料的失效波进行了实验研究，他们认为：

为研究玻璃、陶瓷等脆性材料在冲击加载条件下的失效波问题,在一维应变条件下,采用VISAR测量了不同冲击载荷作用下A95氧化铝陶瓷和sodalime玻璃试件背面的粒子速度时间历程。结果显示:

采用相同的实验方法, sodalime玻璃试件背面粒子速度时间曲线出现了表征失效波现象的再压缩信号,而氧化铝陶瓷试件无此现象出现。这表明陶瓷与玻璃虽同为脆性材料,但是其破坏机制不尽相同,需要进一步开展研究。

中南大学的xx等在

2011年6月对冲击载荷作用下硬岩层裂破坏的理论和试验进行了研究，他们认为：

理论分析半正弦冲击入射加载波形下的层裂破坏特性，推导产生层裂破坏的位置和层裂厚度。利用改进的霍普金森压杆装置产生的半正弦波形对花岗岩试件进行层裂破坏试验。采用高速摄像仪记录试件层裂破坏的全过程。试验结果表明：

岩石试件在半正弦入射加载波形情况下，首先如理论推导结果一样只产生了一层层裂破坏，但是随着时间的推移，岩石试件后续又产生了多层层裂；高速摄影仪和动态应变仪所采集到的分析结果均表明后续产生的层裂是由于入射加载过程中已经对岩石试件产生了损伤，以致在很弱的残余反射波作用下继续产生破坏而出现多层层裂。因此，研究岩石等脆性材料的层裂破坏规律，不但要根据最大拉应力瞬间断裂准则分析入射加载波和反射卸载波相互作用所产生的破坏效应，而且要考虑损伤对材料的影响。理论分析和试验方法对研究岩石的层裂破坏及其他相关特性具有一定的指导意义。

大连大学的xx等在

2011年10月对冲击载荷作用下准脆性材料II 型裂纹扩展进行了研究，他们认为：

冲击载荷作用下准脆性材料的动态断裂一直是关注的热点问题，Ⅱ型裂纹试样受冲击剪切时其裂纹扩展方向同材料力学性质和冲击速度等密切相关。应用岩石动态破裂过程动态分析系统软件，对单边平行双裂缝试样开展了冲击载

荷作用下的裂纹动态扩展数值模拟，分别研究了不同材料力学性质、材料均质度、入射应力脉冲幅值和历时对II 型裂纹动态扩展的影响。数值模拟结果表明，纯II 型裂纹在动荷载作用下的扩展，不仅受到剪切损伤，而且还存在拉伸损伤；准脆性材料的非均匀性导致了主裂缝周围产生大量微裂纹的破坏，影响裂缝的分岔和内部的应力值；应力幅值和应力脉冲历时分别超过某一定值时，主裂缝将出现分叉现象，试样的破坏程度加剧，其研究结果对于深入揭示准脆性材料在动荷载作用下II 型裂纹扩展的规律及准脆性材料的损伤断裂机制具有重要的参考价值。

中国农业大学的xxxx等在

2011年10月对冲击载荷作用下准脆性连续体破裂问题进行了研究，他们认为：

在连续体动力问题中心差分算法的基础上，引进准脆性材料的破坏准则，节点单元的破裂算法、离散子块的接触搜索及接触力计算等，对准脆性连续体在冲击载荷作用下的破裂破坏问题进行数值模拟．通过数值算例，给出结构在冲击载荷作用下裂纹产生和扩展的模拟结果图，初步验证程序的正确性和可应用性，为模拟连续体转变为非连续体这一复杂物理过程提出新方法和新思路．

大连理工大学的xx等在

2013年6月对冲击作用下的压头破岩机制进行了研究，他们认为：

与静态岩石破碎过程相比，冲击作用下岩石的应力改变具有时间效应，应力波传播过程中表现出压、拉变化。基于损伤演化原理和有限元数值模拟方法，针对冲击荷载作用下的压头破岩机制进行了模拟分析。为排除边界上反射波的影响，黏弹性边界被纳入计算中。首先论证了黏弹性边界在均质和非均质介质中的计算精度，然后分析了冲击作用下不同均质度的岩石以及砂砾岩的响应规律，结果显示：

在弹性情况下，压头与岩石接触边缘以及自由面附近是拉应力分布区，接触边缘拉应力最大。剪应力最高值并不位于接触面附近，而是离接触面有一定距离。较均质岩石主要呈现拉伸破坏模式，先出现赫兹裂缝，然后是径向裂缝和侧向裂缝，拉应力的产生成为诱发裂缝萌生和扩展的主因。当岩石均质度较