霍普金森杆冲击压缩单裂纹圆孑L板的岩石动态断裂韧度试验方法
岩石动态断裂韧度的尺寸效应
件 ， 态 断 裂韧 度 的测 试 值 随 着 尺 寸 的增 大 而 增 大 ， 对 于单 一尺 寸 试 件 ， 测 试值 随着 中心 裂 缝 长 度 的 增加 动 而 其 呈 现 先 增 大 后 减 小 的趋 势 。裂 缝 前 端 的 断裂 过 程 区 长度 和 孕 育 时 间 是 岩 石 动 态 断 裂 韧 度 测 试 值 表 现 为 尺 寸
出采用 带有 中心 圆孔 裂缝 的平 台巴西 圆盘 （ ｏｅ—ｒｃ ｅ ｌｔ ｎ ｄＢ ａｉａ ｉ ， Ｆ Ｄ） 定岩 石 的 ｈ ｌ ｃａ ｋ ｄｆ ｔ ｅ ｒｚ ｉ ｄｓ ＨＣ Ｂ 测 ｄ ａｅ ｌｎ ｃ
动态 断裂韧度 ， 李战 鲁等 用边 切槽 圆盘试 件来测 量岩石 的动态断裂 韧度 。然 而 ， 这些 研究 都仅 限于材
’中 图分 类 号 ： ４ ． ； Ｕ４ ５ ０３８ ３ Ｔ ３ 国标 学 科 代 码 ：１０・３ ３ ５ 文 献标 志码 ：Ａ
１ 引 言
带有 中心 裂缝 的 巴西 圆盘试 件 由于加载方便 ， 能够 避免 三点 弯 曲试 件 动态 加 载时 试件 和支 座存 在 脱离 接触 的缺 点 ， ２ 自 ０世纪 ９ ０年代 以来 ， 逐渐被 用于材 料动 态断 裂韧 度 的测试 ， 而促 进 了岩 石 等准 从 脆性 材料动态 断裂韧 度测试 方法 的发展 。Ｍ． ｋ ｎ 等 ［在 单杆 冲击 装 置上采用 直裂缝 巴西 圆盘 试件 Ｎａ ａ ｏ １ ］
＊
收 稿 日期 ： ０ ７０ －０ ２ ０ － ４３ ；修 回 日期 ： ０ ７ １ － ８ ２ ０ — ００
尺寸效 应 ， 他们 指 出这 种受加 载率影 响 、 与时间尺度 相关 的 动态尺 寸效应 与静 态尺 寸效 应是 不 一样 的 ， 研究动 态断裂参 数 的尺寸效 应不 能套用静 态尺寸 效应 的方 法 。为 了消除 加载 率对 尺 寸效应 的影 响 ， Ｖ．
中低速冲击下Ⅰ型裂纹的动态断裂韧度研究
中低速冲击下Ⅰ型裂纹的动态断裂韧度研究应鹏;朱哲明;周磊;董玉清;王雄【摘要】起裂韧度和扩展韧度是分别用来判别裂纹起裂和扩展的两个重要材料参数,为了探索在中低速冲击荷载下岩石的起裂韧度和扩展韧度的测试方法,选择砂岩单裂纹半圆孔板试样以中低速落锤试验机进行了冲击,并利用裂纹扩展计和应变片测试裂纹的起裂时间及裂纹扩展速度.使用AUTODYN有限差分软件,裂纹软化模型及线性状态方程建立了相应的数值计算模型,结合实验-数值法确定预制裂纹的起裂韧度和扩展韧度,结果表明:动态冲击载荷下裂纹扩展速度不是一个常数;对于隆昌青砂岩,其动态扩展韧度与裂纹扩展速度成反比关系,扩展速度越大,扩展韧度越小;材料扩展韧度不是一个独立的材料参数,而是一个与裂纹扩展速度有关的参数.%Initiation toughness and propagation toughness are two important material parameters used to describe crack state.In order to study the rock dynamic initiation toughness and propagation toughness of mode I crack under medium and low speed impacts,an experimental study was performed by using single cleavage semi-circle compression (SC-SC) specimen and a drop weight testing system.The crack initiation time and the propagation characteristic were measured by strain gauges or crack propagation gauge (CPG).By using crack softening (CS) model and linear equation of state,numerical models were established by using finite difference AUTODYN code.The experimental-numerical method was used to determine crack initiation toughness and propagation toughness.The results show that:Under impact loads,crack propagation speed is not a constant;Propagation toughness is inversely proportional to the crackpropagation speed for the Longchang green sandstone;Propagation toughness is a not independent material parameter,but is related to crack propagation speed.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2017(042)0z2【总页数】8页(P338-345)【关键词】动态裂纹扩展;数值模拟;冲击荷载;起裂韧度;扩展韧度【作者】应鹏;朱哲明;周磊;董玉清;王雄【作者单位】四川大学建筑与环境学院,四川成都610065;四川大学深地科学与工程教育部重点试验室,四川成都610065;四川大学建筑与环境学院,四川成都610065;四川大学深地科学与工程教育部重点试验室,四川成都610065;四川大学建筑与环境学院,四川成都610065;四川大学深地科学与工程教育部重点试验室,四川成都610065;四川大学建筑与环境学院,四川成都610065;四川大学深地科学与工程教育部重点试验室,四川成都610065;四川大学建筑与环境学院,四川成都610065;四川大学深地科学与工程教育部重点试验室,四川成都610065【正文语种】中文【中图分类】TD313脆性材料如岩石、混凝土等含有大量节理和裂纹，这些节理和裂纹在动载荷作用下会起裂、扩展，造成岩石结构的破坏，甚至引发大的如岩爆、边坡滑塌等大型地质灾害。
冲击荷载下充填节理岩体Ⅰ型裂纹动态扩展特性研究
冲击荷载下充填节理岩体Ⅰ型裂纹动态扩展特性研究张宪尚;文光才;朱哲明;隆清明;刘杰【期刊名称】《岩土力学》【年(卷),期】2024(45)2【摘要】为研究冲击荷载作用下充填节理岩体Ⅰ型裂纹动态扩展特性,利用分离式霍普金森杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)试验系统及裂纹扩展测试系统,对石膏、水泥及云石胶3种充填节理的侧开三角形单边裂纹(singlecleavage triangle,简称SCT)岩体试件进行动态冲击压缩试验,对比分析裂纹动态扩展过程及冲击破坏模式,并通过试验-数值法研究了Ⅰ型裂纹动态扩展过程中的应力强度因子及能量释放率的变化规律。
研究表明:充填节理岩体主要有3种破坏模式,分别为预制裂纹扩展贯穿整个试件、裂纹贯穿后发生充填节理破坏、充填节理先破坏并阻滞裂纹贯穿;节理充填体的破坏与充填体强度、胶结力及应变率等相关;裂纹扩展速度自起裂处振荡增长,并在贯穿充填节理前某个位置达到最大,而应力强度因子及能量释放率在节理附近达到最大;充填节理刚度退化会抑制裂纹的扩展,并造成能量释放率的急剧增大;岩性组合差异加剧岩体试件材料属性的失配,导致应力强度因子及能量释放率随裂纹穿过节理后出现不同程度降低。
【总页数】11页(P396-406)【作者】张宪尚;文光才;朱哲明;隆清明;刘杰【作者单位】中煤科工集团重庆研究院有限公司瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室;四川大学建筑与环境学院;绍兴文理学院土木工程学院【正文语种】中文【中图分类】TU452【相关文献】1.节理岩体爆生裂纹扩展动态焦散线模型实验研究2.动静荷载下类节理岩体裂纹扩展特性研究3.爆破荷载下胶结充填体裂纹扩展规律研究4.冲击荷载作用下非贯通节理岩体细观破坏模式研究5.冲击荷载下含层理介质动态裂纹扩展特性研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
冲击载荷作用下材料Ⅰ型动态断裂行为研究
通 讯 作 者 ： 郭 洋 （１９８９一 ），女 ，辽 宁 锦 州 人 ，博 士 。 Ｅ—ｍａｉｌ： ｋｕａｎｇｄａｇｕｏｙａｎｇ＠ ｓｉｎａ．ｃｎ。
李 清＿２ 采 用 焦散线 实验 方法 对岩石 在爆炸 载荷 作 用下 的动 态断 裂 行 为进 行 了研 究 ，分 析 了定 向断 裂 爆破 中动 态裂 纹 的扩展规 律 。满轲 等 采用 霍普 金 森杆 对 玄 武 岩 在 不 同加 载 率 下 的 动 态 断 裂 韧 度 进 行 了测试 ，发 现岩 石材 料 的动 态 断裂 韧 度 与其 抗 拉 强度 存在 正相 关关 系 。潘 一 山等 采 用数字 散斑 观测方 法 对 爆 炸 冲 击 载 荷 下 巷 道 的变 形 破 坏 过 程 进 行 了分析 。郭 昭亮 对含 缺陷 的膨胀环 在 动载条 件 下 的断裂 特征 进行 了研 究 ，发 现 裂纹 内壁 首先 出 现 裂纹 ，并 随着 载荷 增 加 逐 渐形 成 穿 透 裂纹 。吴 飞 飞等＿６ 对 金属 玻 璃材 料 进 行 三点 弯 曲实 验 ，分析 了 其 断裂 机 理 与 其 断 裂 韧 度 之 间 的 关 系 。夏 开 文 等 ｌ７剐经过 多年 的研究 ，提 出 了通 用 的岩石 动力测 试 方 法 ，并 编 写 了岩 石 动 力 测 试 的推 荐 方 法 ，为 岩 石
收 稿 日期 ：２Ｏ１５—１２一Ｏ７ 基 金项 目 ： 国家 自然 科 学 基 金 项 目资 助 （编 号 ：５１３７４２１２；５１１３４０２５） 作 者简 介 ：李 清 （１９６９ ），男 ，湖 南 岳 阳 人 ，博 士 ，教 授 ，主 要 从 事 爆 破 工 程 及 土 木 工 程 方 面 的 教 学 与 研 究 工 作 。 Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｑ＠ ｃｕｍｔｂ．
冲击载荷作用下岩石Ⅰ型裂纹动态断裂试验研究
冲击载荷作用下岩石Ⅰ型裂纹动态断裂试验研究
宋义敏;杨小彬;金璐;杨晟萱
【期刊名称】《振动与冲击》
【年(卷),期】2014(033)011
【摘要】以可调速落锤冲击试验机作为试验加载装置,采用数字散斑相关方法作为试验的观测手段,通过搭建高速数据采集系统,对岩石Ⅰ型裂纹在冲击载荷作用下的动态断裂进行试验研究.试验研究了冲击载荷作用下岩石Ⅰ型裂纹扩展过程位移场的演化特征;分析了岩石在冲击加载速度下裂纹扩展速度以及裂纹扩展距离随时间的变化规律;定量得到了岩石Ⅰ型裂纹动态断裂的裂纹张开角;同时开展了不同冲击加载速度下岩石Ⅰ型裂纹扩展速度的关系研究,研究结果表明,在试验所进行的中低速冲击加载情况下,裂纹扩展速度随着冲击速度的增加而增加,近似呈线性关系.【总页数】6页(P49-53,60)
【作者】宋义敏;杨小彬;金璐;杨晟萱
【作者单位】北方工业大学建筑工程学院,北京100144;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;北方工业大学建筑工程学院,北京100144;北方工业大学建筑工程学院,北京100144
【正文语种】中文
【中图分类】TH212;TH213.3
【相关文献】
1.冲击载荷作用下材料Ⅰ型动态断裂行为研究 [J], 李清;郭洋
2.冲击载荷作用下岩石破碎数值模拟及试验研究 [J], 谢世勇;王艳霞;赵伏军
3.冲击载荷作用下管道焊缝裂纹的动态断裂韧性计算 [J], 吴云刚;李朋洲;许泽建;李玉龙
4.中低速冲击载荷作用下SCT岩石试样Ⅰ型裂纹的动态扩展行为 [J], 董玉清;朱哲明;王蒙;周磊;应鹏
5.巷道内Ⅰ型及Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹在冲击载荷作用下的断裂行为分析 [J], 周磊;朱哲明;应鹏;王雄;王蒙
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用SCDC试样测试岩石动态断裂韧度的新方法
，2
610065；2. 四川大学 水力学及山区河流开发保护国家重点实验室，四川 成都
610065)
摘要：利用大直径(100 mm)分离式霍普金森压杆对大尺寸(150 mm×80 mm)压缩单裂纹圆孔板(SCDC)试样冲击加 载，采用实验–数值–解析法测定了青砂岩的 I 型动态起裂韧度和动态扩展韧度。试样的起裂时刻和裂纹扩展速 度由黏贴在裂尖附近的裂纹扩展计确定，通过对比发现，裂纹扩展计的准确性和灵敏性都比黏贴在同一试样对应 位置的普通应变片更好。实验–数值–解析法根据实验数据获取试样两端的加载历程，利用有限元数值计算和普 适函数的半解析修正，综合考虑材料惯性效应和裂纹扩展速度对动态应力强度因子的影响，较准静态方法更适于 采用大尺寸试样确定岩石动态断裂韧度。实验–数值–解析法所确定的高加载率和高裂纹扩展速度下砂岩的动态 断裂韧度值分别随动态加载率和裂纹扩展速度的提高而增加。最后，通过对 SCDC 试样裂纹扩展路径上应变片的 断裂时间分析，确定了利用 SCDC 试样实现动态止裂的可能性。 关键词：岩石力学；压缩单裂纹圆孔板；动态起裂韧度；动态扩展韧度；实验–数值–解析法；裂纹扩展计；普适函数 中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2015)02–0279–14
第 34 卷
第 2 期
2015 年 2 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.34 No.2 Feb.，2015
用 SCDC 试样测试岩石动态断裂韧度的新方法
杨井瑞 1，张财贵 1，周 妍 1，朱哲明 1，王启智 1
现了裂纹扩展速度在不超过瑞雷波速时对动态应力 强度因子的影响。H. S. Bhat 等[22]通过对玻璃等脆性 材料的动态断裂研究认为，裂纹在一定扩展速度下 的动态应力强度因子应等于相同构型下静止裂纹的 动态应力强度因子与该裂速普适函数值的乘积；X. D. Ren 和 J. Li[23]根据数值模拟的结果并应用普适函 数，提出了有机玻璃材料动态断裂过程中裂纹速度
用SHPB径向冲击边裂纹平台圆环(ECFR)的动态断裂实验
用SHPB径向冲击边裂纹平台圆环(ECFR)的动态断裂实验张财贵;周妍;杨井瑞;王启智【摘要】为了研究岩石的Ⅰ型动态断裂韧度测试方法,用大直径(φ100 mm)分离式霍普金森压杆(SHPB)对边裂纹平台圆环(edge cracked flattened ring,ECFR)砂岩试样进行径向冲击实验.分别用普通应变片和高精度裂纹扩展计2种测试元件监测试样起裂时刻和测定裂纹传播速度,比较了它们的准确性和合理性.用实验-数值结合普适函数分析测定了砂岩的动态起裂韧度和动态扩展韧度,初步探讨了动态加载率影响动态起裂韧度的原因,以及裂纹扩展速度对动态扩展韧度的影响,对ECFR试样裂纹扩展路径弯折现象也进行了理论分析.研究结果表明:裂纹扩展计测定比应变片更为灵敏、准确、合理.加载率在(0.74～4.48) ×104 MPa·m1/2/s范围内动态起裂韧度随动态加载率的增大而增大,裂纹扩展速度在(0.24 ～0.34)cR范围内动态扩展韧度随裂纹扩展速度的增大而提高.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2015(040)005【总页数】10页(P1037-1046)【关键词】动态断裂韧度;边裂纹平台圆环;分离式霍普金森压杆;实验-数值法;普适函数;裂纹扩展计【作者】张财贵;周妍;杨井瑞;王启智【作者单位】四川大学土木工程及应用力学系,四川成都610065;四川大学土木工程及应用力学系,四川成都610065;四川大学土木工程及应用力学系,四川成都610065;四川大学土木工程及应用力学系,四川成都610065;水力学及山区河流开发保护国家重点实验室,四川成都610065【正文语种】中文【中图分类】TU458;O346.11张财贵,周妍,杨井瑞,等.用SHPB径向冲击边裂纹平台圆环(ECFR)的动态断裂实验[J].煤炭学报,2015,40(5):1037-1046.doi:10.13225/ ki.jccs.2014.0639 Zhang Caigui,Zhou Yan,Yang Jingrui,et al.Dynamic fracture test of edge cracked flattened ring (ECFR) diametrically impacted with SHPB[J].Journal of China Coal Society,2015,40(5):1037-1046.doi:10.13225/ki.jccs.2014.0639accurate and reasonable than the strain gauges for detecting the crack initiation time and crack propagating velocity.The dynamic initiation toughness and dynamic propagation toughness increase with the increasing of dynamic loading rate ((0.74-4.48)×104MPa·m1/2/ s) and crack propagation velocity ((0.24-0.34) cR),respectively.随着人类对能源需求的增大,煤矿、石油、天然气开采深度的增加,由瓦斯爆炸、岩爆、高压天然气蒸汽云爆炸带来的动力灾害时有发生,如何安全、高效、绿色、经济、可持续地开发矿产资源已成为新世纪的热门问题[1],岩石作为煤、石油、天然气的媒介物,其动态性能的研究具有非常重要的意义。
对圆盘、圆环和圆孔研究与应用的感悟
对圆盘、圆环和圆孔研究与应用的感悟王启智【摘要】Hertze,Michell和Timoshenko等力学大师得到圆盘和圆环的弹性力学解;巴西、日本、英国和美国的先驱学者先后提出基于圆盘和圆环这两种构形的试样测试岩石、混凝土等脆性材料的拉伸强度的方法.作者在这些大师和先驱者工作的基础上,提出平台巴西圆盘(flattened Brazillian disc,FBD),中心圆孔平台巴西圆盘(holed cracked fiattened Brazilian disc,HCFBD)和压缩单裂纹圆孔板(single crack drilled compression,SCDC)等试样和相应的测试方法,对国际岩石力学学会(International Society for Rock Mechanics,ISRM)建议的测试拉伸强度和断裂韧度的方法做出了改进,尤其重要的是扩展到动态力学性能的测试,包括动态起裂,动态裂纹扩展和止裂.这些研究工作得益于作者讲授《弹性力学》和《断裂力学》两门基础课以及指导研究生,说明教学与科研是相辅相成的.【期刊名称】《力学与实践》【年(卷),期】2015(037)003【总页数】5页(P372-376)【关键词】平台巴西圆盘;中心圆孔平台巴西圆盘;压缩单裂纹圆孔板;人字形切槽巴西圆盘;教学与科研【作者】王启智【作者单位】四川大学土木工程及应用力学系,水力学及山区河流开发保护国家重点实验室,成都610065【正文语种】中文【中图分类】O343利用对径压缩圆盘试样测试拉伸强度的方法（图 1）最早由 Carneiro［1］和Akazawa［2］提出，是原始性创新，它可以测试岩石等准脆性材料的拉伸强度［3］.因为 Carneiro是巴西人，就称为巴西试验（Brazilian test），以国名来命名一个试验方法很罕见，其实Carneiro只比日本人Akazawa稍早一点提出，否则就可能会改称为Japanese test.巴西试验在岩土工程和土木工程中都比较常见.巴西试验的计算公式为［3-4］式中，P为集中力，D为圆盘直径，t为圆盘厚度，σT为拉伸应力，其临界值就是拉伸强度.巴西试验也有缺点，由于平板加载时施力点会产生应力集中，从而使起裂点发生在接触点（或曲面加载时的弧面），而不是圆盘的中心，这违背了Hertze和Timoshenko提出的巴西圆盘试验的弹性力学原理［3］，从而使试验失效.解决此问题的途径有：增加平台［5-6］，增加圆孔［7-8］，或两者皆有［9］.1994-1996年，作者在重庆大学指导的第一个硕士生做了这方面的研究［5］，提出了平台巴西圆盘（图2），减少了试样接触处的应力集中，改进了这种测试方法.然而撰写的论文1996年提交到《力学与实践》杂志被拒，可谓出师不利.后来作者增加了一些内容并写成英文论文在国际期刊上发表［6］，此文在国际上和国内期刊的引用都比较多.除了测拉伸强度外，平台巴西圆盘还可用以用来测弹性模量和断裂韧度.平台巴西圆盘受到重视，原因除了适用性外可能还有理论上的优点，尽管Hertze和Timoshenko给出了巴西圆盘在线载荷作用下的应力解，随后其他学者又给出了各种加载情况，包括在一小段圆弧上径向均匀，或抛物线，或椭圆分布力作用下的应力解，但实际上，由于圆弧形加载夹具制作的困难而难以采用.事实上，圆盘试样的变形与材料试验机的刚性平板加载并不协调，假定的“一小段圆弧”，由于与加载水平有关，也不一定是真实的接触圆弧，使得平台巴西圆盘的应力解比完整圆盘的更有意义.基于 Michell提出的弹性力学原理［3］，用圆环试样测强度的实验最早是由Ripperger等［7］和Hobbs［8］提出.与平台巴西圆盘类似，也可以增加平台［9］，虽然作者1994-1996年在重庆大学也进行了平台圆环（图3）的研究，但有关的成果也没有得以正常发表.所幸的是，2003-2007年作者在四川大学独立成功指导的第一个博士生，不仅完成了静态强度，而且完成了动态的断裂韧度的研究［9］.这种试样的中心圆孔较小，故也可以称为中心圆孔平台巴西圆盘（holed cracked flattened Brazilian disc，HCFBD），圆孔增加了有益的应力集中，而平台同样缓解了接触点的应力集中，可谓双管齐下.带裂纹的平台圆环类试样，从原来的圆孔内边裂纹发展到圆盘外边裂纹，可谓举一反三.对上述20世纪90年代启动而延续至今的研究有以下几点体会：（1）挑战权威，锲而不舍作者的课题组经过长期锲而不舍的努力，把巴西圆盘实验从平台巴西圆盘推广到中心圆孔平台巴西圆盘，再到中心直裂纹平台巴西圆盘等，又从测试拉伸强度到断裂韧度，再从静态到动态，从纯I型到I一一II复合型，完成了一系列渐进性的工作.在此基础上才提出测定岩石动态断裂韧度的实验一一数值一一解析方法［10］.然而基于一种新型试样的最新也是最好的成果在2013年却被某学报拒稿，改投国际期刊后此文将在2015年发表.在更早的 2011年，还有一篇被某学报拒稿的论文，后来也在国际期刊得到发表［11］.对国际岩石力学学会1995年的一个关于测试岩石断裂韧度建议的方法，该文［11］讨论了该方法一个重要公式，指出国际岩石力学界的一些人对该公式的应用是错误的.ISRM方法使用人字形切槽巴西圆盘试样（cracked chevron-notched Brazilian disc，CCNBD），作者针对CCNBD试样构型的2个极端情况，给出CCNBD试样的无量纲应力强度因子的上下限，理论是很充分的.可以说，越是创新的，或是与“主流”观点不一致的，或是挑战权威人物或机构的论文，在国内就得不到发表，在国外也要费尽周折.如同一课题的文献［12］的评审长达3年之久，因为要一一驳斥负面评审意见，此文最终得到现任主编Zimmerman的认可，有针对性地发表在颁布ISRM方法的International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences上.此情况与1998年发表的另一篇论文［13］非常相似（时任主编是Hudson）.然而，论文［11-13］指出的问题长期在业界得不到足够的重视.（2）触类旁通，抓住关键以上试样的特点是可以压缩致拉，此优点并不由其独享，压缩圆孔板也有这一性质.在纠正国际力学权威Nemat-Nasser S为通讯作者的国际期刊论文［14］的基础上，我们给出压缩双裂纹圆孔板（double crack drilled compression，DCDC）（图4）的正确解，以及提出压缩单裂纹圆孔板（single crack drilled compression，SCDC）（图5）试样［15］，又推广到动态加载的情况［16］.但是Nemat-Nasser的研究组2014年在International Journal of Fracture又发表了一篇有关DCDC的论文，他们显然没有注意到我们的工作，当然他们也就没有觉察到他们在求线弹性断裂力学参数的应力强度因子时误用了弹性力学的圣维南原理.可以看出，有关创新成果必须发表在国际期刊才算最终得到承认，因此作者决定撰写一篇驳斥文章并投在同一家国际期刊，因为只有“班门弄斧”才能一比高下.最近看到《力学与实践》杂志上一篇有趣并富有哲理的文章［17］很受教益，该文认为曲率产生驱动力，结合我们研究的圆盘和圆孔，正是圆的半径导致了压缩致拉，椭圆孔由于曲率半径有变化可能更复杂，而分布力压缩没有曲率的平板或方孔则有所不同.另外，我们研究的是硬物质，与文献［17］研究的软物质不同，故没有反常驱动力.除此之外，文献［17］同时阐述自己的观点，也提供反方的质疑，这种写作方式值得提倡.（3）从教学中得到灵感，用科研丰富教学有关圆盘、圆环和圆孔（包括椭圆孔）的弹性力学解都是由力学大师做出来的，如Hertz H（1883），Michell JH（1900），Goodier JN （1932），Kirsch G （1898），Kolosoff G（1909），Inglis CE（1913），其意义是非常深远的.向大师学习的一个重要的途径就是教学.作者1994年最早的学术思想来自讲授《弹性力学》，特别是研读了Timoshenko 所著的教材［4］，国内的弹性力学教材几乎都不讲集中力对径压缩圆盘的应力解，此为最初的突破口.作者长期讲授本科生和研究生的专业基础课，如《弹性力学》和《断裂力学》，这对作者的科研是很有帮助的，特别是参考了美国出版的相关教材.讲《弹性力学》时采用徐芝纶编著的教材，徐芝纶也是Timoshenko的学生.讲授《断裂力学》现在采用美国康奈尔大学英文原版教材，众所周知，断裂力学大师，如Irwin G，Paris P，Rice JR等都在美国大学任过教.此外，在课堂之外通过因材施教还能指导本科生做科研，其中一个比较突出的例子就是研究拉伸有限宽板中圆孔的应力集中系数［18］，先后有3名本科生参加了这项既有意义又能胜任的工作，文献［18］仅是代表性的一篇.拉伸有限宽板中椭圆孔的应力集中系数也求出了［19］.当然，此方法也可以用于压缩，更复杂的压缩椭圆孔，球洞或椭球洞在有限域的问题也可以探索.如何解决有限域中压缩致拉的应力集中系数和应力强度因子问题的近似解析解，仍是既有意义又非常困难的，例如文献［14］就没有解决好，我们也正在努力求解之中.以指导研究生作为自己负责的科研正式启动的标志，总结作者20年（1994-2014）在重庆大学和四川大学的研究生涯，的确是辛苦并跌宕起伏的.虽然在发表论文和争取项目方面挫折不断，但不能裹足不前，重要的是坚持.事实上，被拒绝的论文后来大多发表在更好的期刊，被否定的项目一般也在后续项目得以体现.另外，最近六七年我也招不到力学专业的学生，学生都是自费生专业也不对口，因此，有的工作本应由学生做的，也只好由老夫亲自出马了.但是，正如尼采所言：“凡是不能杀死你的，最终都会让你更强.”没有后悔，因为古希腊的哲人说过：“人不能两次踏进同一条河流”.我的学术经历写出来供力学年轻学者参考，它肯定不是一条捷径，但也是走得通的.这说明现行体制，虽然有值得改进的地方，却也是基本合理的.我不但能得以生存，而且还取得一系列有关岩石动态断裂方面的最新成果［20-24］.我们的策略是循序渐进，一步一个台阶.如果研究对象由材料拉伸强度到材料断裂韧度是第一个台阶，那么由静态到动态就是第二个台阶，而第三个台阶则是研究方法的提升，把最初单纯的实验方法发展到现在的实验一一数值一一解析方法.现在我们用分离式霍普金森压杆对圆盘、圆环和圆孔类试样进行径向冲击，再结合动态有限元数值模拟和普适函数分析，测定岩石的动态起裂韧度和动态扩展韧度［22-24］，以及动态止裂韧度.在现有成果的基础上，还可以进一步研究岩石和混凝土的动态本构关系.然而，这方面的研究课题仍然是层出不穷的.例如，试样的构型可以从完整圆环变换到半圆环［21］，从对称到非对称［21-22，24］，从同心到偏心，以满足不同测试特点的需求.国际上，2014年发表的最新代表性成果是文献［25-26［26］所称；“与圆环试验有关的不少问题仍然有待研究解决.在这些问题中，起裂，裂纹扩展路径和止裂，以及根据实施的试验几何与载荷条件，用三维岩石破裂模型求解应力路径可能是最大的热点”.致谢我的学生在科研中做出重要贡献，包括邢磊，贾学明（重庆交通设计研究院），吴礼舟（成都理工大学），戴峰（四川大学），李伟，宋小林（西南交通大学），张盛（河南理工大学），樊鸿，冯峰，李战鲁（中科院山地所），罗林（重庆交通大学），廖丽萍（广西大学），倪敏，苟小平，杨井瑞，张财贵，周妍等，特此致谢.【相关文献】1 Carneiro FLLB.A new method to determine the tensile strength of concrete.In：Proceedings of the 5th meeting of the Brazilian Association for Technical Rules，Brazil，19432 Akazawa T.New test method for evaluating internal stress due to compression of concrete（the splitting tension test）（part 1）.Journal of Japanese Society for Civil Engineering，1943，29：777-7873 ISRM Testing Commission.Suggested method for determining tensile strength of rock materials. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences&Geomechanics Abstracts，1978，15（3）：99-1034 铁摩辛柯，古地尔著.弹性理论.徐芝纶，吴永祯译.北京：高等教育出版社，19645 邢磊.用巴西圆盘试样测定岩石断裂韧度KIC的原理和方法.［硕士论文］.重庆：重庆大学，19966 Wang QZ，Xing L.Determination of fracture roughness KICby using the flattened Brazilian disk specimen for rocks. Engineering Fracture Mechanics，1999，64：193-2017 Ripperger E，Davis N.Critical stresses in a circular ring. Transaction of American Society for Civil Engineers，1947，112：619-6278 Hobbs DW.The tensile strength of rocks.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences&Geomechanics Abstracts，1964，6（1）：91-979 张盛，王启智.用5种圆盘试件的劈裂试验确定岩石断裂韧度.岩土力学，2009，30（1）：12-1810 苟小平，杨井瑞，王启智.基于P-CCNBD试样的岩石动态断裂韧度测试方法.岩土力学，2013，34（9）：2449-245911 Wang QZ，Gou XP，Fan H.The minimum dimensionless stress intensity factor and its upper bound for CCNBD fracture toughness specimen analyzed with straight through crack assumption.Engineering Fracture Mechanics，2012，82：1-812 Wang QZ.Formula for calculating the critical stress intensity factor in rock fracture toughness tests using cracked chevron notched Brazilian disc（CCNBD）specimens.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2010，47：1006-101113 Wang QZ.Stress intensity factors of ISRM suggested CCNBD specimen used for mode-I toughness determination. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science，1998，35（7）：977-98214 Plaisted TA，Amirkhizi AV，Nemat-Nasser pression induced axial crackpropagation in DCDC polymer samples：experiments and modeling.International Journal of Frature，2006，141：446-45715 倪敏，苟小平，王启智.压缩双裂纹和单裂纹圆孔板应力强度因子公式.力学学报，2013，45（1）：94-10216 倪敏，苟小平，王启智.霍普金森杆冲击压缩单裂纹圆孔板的岩石动态断裂韧度试验方法.工程力学，2013，30（1）：365-37217 殷雅俊，吴继业.微纳米空间弯曲诱导的反常驱动力.力学与实践，2014，36（2）：137-14618 王启智，吴大鹏.拉伸偏心圆孔板的应力集中系数表达式.力学与实践，1999，21（3）：18-2019 Luo L，Xiang Y，Wang QZ.A stress concentration factor expression for a tension strip with an eccentric elliptical hole.Applied Mathematics and Mechanics，2012，33（1）：117-12820 杨井瑞，张财贵，周妍等.用CSTBD试样确定砂岩的动态起裂和动态扩展韧度.爆炸与冲击，2014，34（3）：264-27121 张财贵，周妍，杨井瑞等.测试I型断裂韧度的一类边裂纹平台圆环（盘）试样：数值分析和标定结果.岩石力学与工程学报，2014，33（8）：1546-155522 张财贵，周妍，杨井瑞等.用边裂纹平台圆环（ECFR）试样测试岩石的Ⅰ型动态断裂韧度.水利学报，2014，45（6）：691-67023 杨井瑞，张财贵，周妍等.用SCDC试样测定岩石动态断裂韧度的新方法.岩石力学与工程学报，2015，34（2）：279-29224 周妍，张财贵，杨井瑞等.具有圆孔内单边（或双边）裂纹平台巴西圆盘应力强度因子的全面标定.应用数学与力学，2015， 36（1）：16-3025 Dan DQ，Konietzky H.Numerical simulations and interpretations of Brazilian tensile tests on transversely isotropic rocks.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2014，71：53-6326 Kourkoulis SK，Markides ChF.Stresses and displacements in a circular ring under parabolic diametral compression. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2014，71：272-292。
岩石材料动态断裂韧性的实验研究
第 １期
安 徽理 工大学 学 报 （自然 科 学版 ）
Ｊｕ ａｏ Ａ ｈｉ ｎ ｅ ｉ ｉｌ ｎ ｅｈｏ ｇ（ ａ ｒ ｉ ｃ） ｏｒ ｌｆ ｎｕ Ｕ ｉ ｒｔｏ Ｓ ｅＣ ａｄＴｃｎｌ ｙ Ｎｔ ａＳ ｅ ｅ ｎ ｖ ｓｖ ｆ ｅ ｌｅ ｏ ｕｌｃ ｎ
２１ ０ ３月 ２年
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岩石动态断裂韧度温度相关性的实验研究
岩石动态断裂韧度温度相关性的实验研究宫能平;陈明飞【摘要】利用CCCD-SHPB(Central Cracked Circular Disk-Split Hopkinson Pressure Bar)试验系统对花岗岩试件实施同一加载速率、不同温度下的纯Ⅰ加载试验,进而研究环境温度对岩石类材料动态断裂性能的影响.实验过程中控制加载脉冲,使得测试试件的加载速率基本一致,测得不同温度下试件两端平均载荷(P)随时间的变化关系,将最大(P)max代入中心裂纹圆盘应力强度因子KI公式,获得不同温度下中心裂纹巴西圆盘岩石试件的动态断裂韧度KId.测试结果表明,温度处于10 ～100℃时,花岗岩动态断裂韧度KId随着温度的升高逐步下降,近似呈线性关系.【期刊名称】《安徽理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(033)004【总页数】4页(P1-3,31)【关键词】断裂韧度;霍布金森压杆;中心裂纹圆盘【作者】宫能平;陈明飞【作者单位】安徽理工大学应用力学研究所,安徽淮南232001;安徽理工大学应用力学研究所,安徽淮南232001【正文语种】中文【中图分类】TU45岩石的动态断裂性能与加载条件、环境温度密切相关[1]。
工程实践中岩石类材料环境温度不同，呈现的断裂破坏往往也各异，因此，深入研究温度对岩石类材料动态力学性能的影响，探索岩石在不同温度下的动态断裂韧度，对结构的安全设计，防止岩石断裂、破碎、滑移、流变、爆裂等破坏性事故的发生具有重要的理论和实践意义[2]。
文献[3-5]利用SHPB技术，对花岗岩试件实施冲击压缩试验，依据试验得到的试件两端平均载荷，推广准静态下中心裂纹圆盘应力强度因子计算公式，获得了岩石的动态断裂韧度。
但由于实验技术上的困难，大多数研究者均未涉及温度对岩石材料动态断裂韧度的影响。
文献[6]设计了一套基于霍布金森压杆(SHPB)装置的试件加温系统，研究了岩石试件加热过程中温度场的分布，为研究岩石类材料动态断裂韧度温度相关性提供了加热升温装置。
用CSTBD试样确定砂岩的动态起裂和扩展韧度
用CSTBD试样确定砂岩的动态起裂和扩展韧度
杨井瑞;张财贵;周妍;王启智
【期刊名称】《爆炸与冲击》
【年(卷),期】2014(034)003
【摘要】利用大直径霍普金森压杆径向冲击中心直裂纹巴西圆盘(CSTBD)砂岩试样,完成Ⅰ型动态断裂实验.利用实验-数值方法确定了不同动态加载率下砂岩的动态起裂韧度;结合实验-数值法以及普适函数确定了不同裂纹扩展速度下砂岩的动态扩展韧度.为验证普适函数法和实验-数值法的有效性,将实验所得结果与其他学者的研究成果进行了对比分析,得到了相同的规律.所确定的岩石动态起裂韧度和动态扩展韧度分别随动态加载率的提高和裂纹扩展速度的提高而增加.
【总页数】8页(P264-271)
【作者】杨井瑞;张财贵;周妍;王启智
【作者单位】四川大学土木工程及应用力学系,四川成都610065;四川大学土木工程及应用力学系,四川成都610065;四川大学土木工程及应用力学系,四川成都610065;四川大学土木工程及应用力学系,四川成都610065
【正文语种】中文
【中图分类】O348.3;TU435
【相关文献】
1.用圆孔内单边裂纹平台巴西圆盘和实验-数值-解析法确定砂岩的动态起裂和扩展韧度 [J], 周妍;张财贵;王启智
2.用直裂缝平台巴西圆盘确定混凝土的动态起裂韧度 [J], 樊鸿;张盛;王启智
3.采用压缩单裂纹圆孔板确定岩石动态起裂、扩展和止裂韧度 [J], 张财贵;曹富;李炼;周妍;黄润秋;王启智
4.动态加载率对巷道内裂纹扩展速度及动态起裂韧度的影响 [J], 周磊;朱哲明;董玉清;应鹏;王磊
5.爆炸荷载下青砂岩动态起裂韧度的测试方法 [J], 肖定军; 朱哲明; 蒲传金; 陆路; 胡荣
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用Hopkinson压杆技术测试材料动态断裂韧性的方法研究
用Hopkinson压杆技术测试材料动态断裂韧性的方法研究刘瑞堂;张晓欣;姜风春;欧贵宝
【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》
【年(卷),期】2000(021)006
【摘要】对传统的Hopkinson压杆测试系统进行了改进，建立了应力波载荷作用下材料动态断裂韧性的测试方法.该方法采用3点弯曲试样进行动态断裂试验，应用试验—数值法确定动态应力强度因子的响应曲线，进而测试材料动态断裂韧性.40Cr材料的试验结果表明，本文设计的测试装置是有效的，建立的测试方法是可行的.
【总页数】4页(P18-20,25)
【作者】刘瑞堂;张晓欣;姜风春;欧贵宝
【作者单位】哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨 150001
【正文语种】中文
【中图分类】O346.2
【相关文献】
1.基于激光干涉测试技术的分离式Hopkinson压杆实验测试系统 [J], 张振;王永刚
2.基于Hopkinson压杆实验技术的含能材料动态力学性能测试方法研究进展 [J],
索涛;邓琼;苗应刚;叶婷
3.基于Hopkinson压杆实验技术研究火工品及含能材料的抗高过载能力 [J], 邓琼;叶婷;苗应刚
4.应用霍普金森压杆技术进行材料动态断裂韧性研究 [J], 田兰桥;段祝平
5.用Hopkinson杆技术研究材料动态断裂韧性的进展 [J], 崔新忠;范亚夫;纪伟;陈捷
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摘
要 ：对压缩单裂纹 圆孔板（ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｃ ｌ ｅ ａ ｖ ａ ｇ ｅ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｅ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ － Ｓ Ｃ ＤＣ ） 砂岩试样 ，利用分离式霍普金森压杆
（ Ｓ ＨＰ Ｂ ） 冲击加 载，进行 了岩石张开型（ Ｉ 型） 动态断裂实验 。分别采用 ２种方法确定砂岩 的动态断裂韧度 ，第 １种
ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｏ ｆ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ｂ ｅ ｗｅ ｔ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉｍｅ ｒ ｎ ｔ ａ １ ． ． ｎ ｍ ｅ ｕ ｉｃ ｒ ａ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｑ ｕ ａ ｓ ｉ — － ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ： ｆ ｏ ｒ
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（ Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ｑ ｚ ｗａ ｎ ｇ ２ ０ ０ ４ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ） ． 作者简介 ：倪 敏（ １ ９ ８ ６ －） ，男，湖北石首人，硕士，从事岩石动态断裂研究（ Ｅ ． ｍａ ｉ ｌ ： ｅ ｎ ｊ ｏ ｙ ｓ ｅ ｌ ｆ ｎ ｉ ｍｉ ｎ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ） ｒ ；
３ ． Ｄｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ， Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ ６ １ ０ ０ ６ ５ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
霍普金森杆 冲击压缩 单裂纹圆孑 Ｌ 板 的 岩 石动态 断裂韧度试验方法
倪 敏 ， 一 ，苟小平 一 ，王启智 １ ， ２ ， ３
３ ．四川大 学 土木 工程 及应 用力 学系 ，成 都 ６ １ ０ ０ ６ ５ ） （ １ ． 水 力 学及 山区 河流 开发 保护 国家 重 点实验 室 ，成 都 ６ １ ０ ０ ６ ５ ：２ ．深部岩 土 力学 与地 下工 程 国家重 点实 验室 ，北 京 １ ０ ０ ０ ８ ３
苟 小 平（ １ ９ ８ ６ －） ， 男， 四川 巴中 人 ，硕士 ，从 事岩 石动 态 断裂 研究 （ Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｇ ｏ ｕ ｘ ｉ ａ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇ ２ ０ ０ ６ ＠１ ２ ６ ． ｅ ｏ ｍ） ．
３ ６ ６
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程
力
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实验． 数值 法比准静态法能更合理地测定岩石 的动态 断裂 韧度 。
关键词 ：压缩 单裂纹圆孔板 ：分离式霍普金森压杆 ；岩 石动态断裂韧度；实验一 数值法；准静态法
中图分 类号 ：０３ ４ ６ ． １ 文献标志码：Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ６ ０ ５ ２ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ ． ４ ７ ５ ０ ． ２ ０ １ １ ． ０ ７ ． ０ ４ ２ ４
方法是实验一 数值法 ：由 Ｓ ＨＰ Ｂ弹性杆上应变 片获得作用在试件上的加载力 ， 然后输入有限元分析程序求得试样裂
尖 动态应力强度因子 ，对 应于裂尖起裂时刻 的动态应力强度 因子即为材料动态 断裂韧度值 ；第 ２种方法是准静态 法： 将载荷峰值代 入静态应力强度因子公式确 定动态 断裂韧 度。 ２种方法的结果差异较大 ， 对无量纲裂纹长度 ａ ／ Ｒ ＝ ０ ． ６ ４ （ Ａ组） 试样 ，准静态方法确定 的断裂韧度值 要比实验． 数值法确定的断裂韧度值平均要小 ３ ５ ％～ ６ ２ ％； 对无 量纲 裂纹长度 ａ ／ Ｒ ＝ １ ． ６ １ （ Ｂ组） 试样， 准静态方法的计算结果 比实验 数值法 的计算结果平均要 小 ７ ２ ％～ ８ ３ ％。 从原理上讲 ，
ＴＥＳ Ｔ Ｍ ＥＴＨ ｏＤ ＦｏＲ ＲｏＣＫ ＤＹＮＡＭ Ｉ Ｃ ＦＲＡＣＴＵＲＥ ＴｏＵＧＨＮＥＳ Ｓ ＵＳ Ｉ ＮＧ Ｓ Ｉ ＮＧＬＥ ＣＬＥＡＶＡＧＥ ＤＲＩ ＬＬＥＤ ＣｏＭ ＰＲＥＳ Ｓ ｌ ＯＮ Ｓ Ｐ ＥＣＩ Ｍ ＥＮ Ｉ ＭＰ ＡＣＴＥＤ ＢＹ Ｓ ＰＬＩ Ｔ ＨｏＰ Ｉ （ Ｉ ＮＳ ｏＮ ＰＲＥＳ Ｓ ＵＲＥ ＢＡＲ
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收稿 日期 ：２ ０ １ １ － ０ ７ ． ０ ６ ；修 改 日期 ：２ ０ １ ２ －０ ３ ． ２ ７
基金项 目：国家 自然科学基金项 目（ ５ １ １ ７ ９ １ １ ５ ） ；博士点基金项 目（ ２ ０ ０ ８ ０ ６ １ ０ ０ ０ ４ ２ ）
通讯 作 者 ：王启 智（ １ ９ ４ ６ －） ，男，浙 江 嘉兴 人 ，教授 ，博士 ，博 导 ，从事 岩石 和 混凝 土等 材料 和结 构 的损伤 、失 效和 断裂 研究
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