用中心直裂纹平台巴西圆盘测试岩石动态断裂韧度的尺寸效应
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．
用平台巴西圆盘试样确定脆性岩石的弹性模量、 拉伸强度和断裂韧度――第二部分：试验结果
第23卷 第2期岩石力学与工程学报 23(2)：199～2042004年1月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Jan.，20042002年4月1日收到初稿，2002年6月14日收到修改稿。
* 国家自然科学基金(19872046)资助项目。
作者 王启智 简介：男，1946年生，1968年毕业于清华大学，现任教授、博士生导师，主要从事岩石力学和固体力学方面的教学和研究工作。
E-mail ：qzw@ 。
用平台巴西圆盘试样确定脆性岩石的弹性模量、拉伸强度和断裂韧度——第二部分：试验结果*王启智 吴礼舟(四川大学土木力学系 成都 610065)摘要 根据前文理论分析的结果，对平台巴西圆盘大理岩试样进行了平台压缩试验。
试验结果表明，可以从一次有效的载荷-位移记录中同时确定脆性岩石的弹性模量E 、拉伸强度t σ和断裂韧度Ic K 。
判断有效试验的标志是：(1) 裂纹是从试样的中心部位引发的，并基本上沿着直径的方向扩展到临界点；(2) 能够在试验中记录到最大载荷以后的破坏过程，即在达到最大载荷后，载荷先下降后又上升的过程，但载荷的上升不超过前面的最大载荷。
基于内聚裂纹模型讨论了Ic K 的尺寸效应，利用Bazant 的尺度律推出考虑断裂过程区影响修正后的断裂韧度mIc K 。
关键词 断裂力学，弹性模量，抗拉强度，断裂韧度，平台巴西圆盘试样，载荷-位移曲线，尺度律 分类号 O 346.1+2，TU 458+.3 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2004)02-0199-06DETERMINATION OF ELASTIC MODULUS ，TENSILE STRENGTH AND FRACTURE TOUGHNESS OF BRITLE ROCKS BY USING FLATTENED BRAZILIAN DISK SPECIMEN——PART II: EXPERIMENTAL RESULTSWang Qizhi ，Wu Lizhou(Department of Civil Eng. and Applied Mechanics ，Sichuan University ， Chengdu 610065 China )Abstract Based on the results of theoretical analysis in part I of this paper ，flattened Brazilian disk specimens made of marble were tested by compressive load applied on the flattens. The experimental results show that the elastic modulus E ，tensile strength t σ and fracture toughness Ic K of brittle rocks can be determined from a valid load-displacement record. The criteria for a valid test are ：(1) the crack is initiated from the center region of the specimen ，and propagates essentially along the vertical diameter till the critical point ，(2) the fracture process after the maximum load ，which is characterized by the load descending and then ascending ，can be recorded in the test ，however the ascending load does not surpass the previous maximum load. The size effect on Ic K is discussedbased on the cohesive crack model. The modified fracture toughness mIcK considering the effect of fracture process zone is obtained by using Bazant ′s size effect law. Key words fracture mechanics ，elastic modulus ，tensile strength ，fracture toughness ，flattened Brazilian disk specimen ，load-displacement record ，size effect law1 引 言本文是分成两部分的研究报告的第二部分，第一部分即文[1]是解析和数值结果，第二部分即本文是试验结果。
平台巴西圆盘试样岩石动态拉伸特性的试验研究
平台巴西圆盘试样岩石动态拉伸特性的试验研究
苏碧军;王启智
【期刊名称】《长江科学院院报》
【年(卷),期】2004(021)001
【摘要】采用INSTRON电液伺服材料试验机对大理岩平台巴西圆盘试样实施了动荷载试验,获得了大理岩在动荷载下的拉伸强度与弹性模量,并与静态实验进行了比较分析.结果表明大理岩在动荷载下的拉伸强度与弹性模量比静荷载下均有提高.与完整平台试样比较,平台有助于试样从中心起裂.总结了试样加工和测试方面的经验,探讨了岩石在动荷载下的破坏机理.
【总页数】4页(P22-25)
【作者】苏碧军;王启智
【作者单位】四川大学,土木力学系,四川,成都,610065;四川大学,土木力学系,四川,成都,610065
【正文语种】中文
【中图分类】TU458
【相关文献】
1.正交异性材料平台巴西圆盘试样的位移公式及其应用 [J], 王启智;韦重耕
2.边切槽圆盘试样的岩石动态断裂韧度实验 [J], 李战鲁;王启智;李伟
3.平台巴西圆盘试样测试岩石的弹性常数 [J], 崔智丽
4.用带中心孔巴西圆盘试样测定岩石断裂韧度的研究 [J], 张志强;鲜学福
5.岩石动态巴西圆盘实验中的过载现象 [J], 夏开文;余裕超;王帅;吴帮标;徐颖;蔡英鹏
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用5种圆盘试件的劈裂试验确定岩石断裂韧度
用5种圆盘试件的劈裂试验确定岩石断裂韧度
张盛;王启智
【期刊名称】《岩土力学》
【年(卷),期】2009(30)1
【摘要】用5种不同形状的圆盘试件测定了大理岩张开型断裂韧度。
5种圆盘试件分别为平台巴西圆盘、带有中心圆孔的平台巴西圆盘、人字型切槽巴西圆盘、直切槽巴西圆盘和圆孔切槽平台巴西圆盘。
加载模式是对径压缩劈裂。
介绍了试件的制作方法,提出了用每种圆盘确定断裂韧度的公式。
结果表明,含有切槽圆盘的断裂韧度值在0.78～0.91MPa·m1/2之间,不含切槽圆盘测得的值在1.01～
1.04MPa·m1/2之间。
有3种含有切槽圆盘测得的断裂韧度值比较稳定,其中孔槽式平台巴西圆盘能够制作理想的宽度较小的切槽。
【总页数】7页(P12-18)
【关键词】圆盘试件;劈裂试验;岩石断裂韧度
【作者】张盛;王启智
【作者单位】四川大学土木工程及应用力学系;河南理工大学采矿系;水力学及山区河流开发保护国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TU458
【相关文献】
1.采用中心圆孔裂缝平台圆盘确定岩石的动态断裂韧度 [J], 张盛;王启智
2.采用无缝试件确定混凝土岩石的断裂韧度 [J], 管俊峰;宋志锴;姚贤华;陈珊珊;袁鹏;刘泽鹏
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冲击作用下混凝土裂纹扩展试验研究及数值模拟
冲击作用下混凝土裂纹扩展试验研究及数值模拟张华;郭继鑫;傅玉珍;高群;王斌【摘要】采用改进的分离式霍普金森杆（SHPB）分别对混凝土无切槽平台巴西圆盘FBD（Flattened Brazilian Disc）、直切槽平台巴西圆盘CSTFBD（Cracked Straight-Through Flattened Brazilian Disc）试件进行不同应变率的径向劈裂试验，得出无切槽平台巴西圆盘的劈裂拉伸应力－径向应变曲线，以及三种不同强度等级混凝土的动态弹性模量、峰值应力、峰值应变、拉伸敏感系数的应变率效应。
此外，分析了不同角度预制裂纹对中心直裂纹巴西圆盘断裂韧性的影响以及复合裂纹的复合比与加载角度的关系。
采用ABAQUS中的扩展有限元法对劈裂冲击试验中的直切槽平台巴西圆盘的破坏过程进行了模拟，并且对试件的裂纹扩展和破坏机理进行了分析，将数值模拟得到的结果与试验结果进行对比，得到主裂纹的扩展趋势是一致的。
%The radial spitting crack tests were conducted by using improved separated Hopkinson pressure bar (SHPB)for a flattened Brazilian disc (FBD)and a cracked straight through flattened Brazilian disc (CSTFBD)under different stain rates.Splitting tensile stress-radial strain curves of the flattened Brazilian disc,and dynamic elastic modulus,peak stress,peak strain and tensile strain rate sensitive coefficient effects of concrete with three different strength grades were obtained.In addition,the influences of pre-crack with different angles on the fracture toughness of the cracked straight through flattened Brazilian disc and the relationship between composite ratio of mixed mode cracks and loading angle were analyzed.The crack propagation and failure mechanism were studied.The test results and those of numerical simulation with the extended FEmethod were compared.The results showed that the growth trends of cracks with tests are consistent with those of numerical simulation.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2016(035)017【总页数】6页(P107-112)【关键词】裂纹扩展;应变率;平台巴西圆盘;断裂韧性;Hopkinson杆【作者】张华;郭继鑫;傅玉珍;高群;王斌【作者单位】河海大学土木与交通学院，南京210098;河海大学土木与交通学院，南京 210098;河海大学土木与交通学院，南京 210098;江苏省建筑科学研究院有限公司，南京 210098;河海大学土木与交通学院，南京 210098【正文语种】中文【中图分类】O348;TU528混凝土的抗拉强度远远小于抗压强度，在实际工程应用中，混凝土通常是带裂纹工作的。
温度对岩石类材料断裂性能的影响研究
第 ４期
南 京 工 程 学 院 学 报 （自然 科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ （ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
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【国家自然科学基金】_岩石断裂韧度_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801
科研热词 应力强度因子 岩石力学 相关性 断裂韧度 断裂准则 抗拉强度 岩石断裂韧度 动态断裂韧度 饱水岩石 预置裂纹 霍普金森杆 霍普金森压杆 隐式积分算法 边界配置法 裂隙岩石 裂纹扩展 裂纹 花岗岩 节理岩石 能量平衡方法 翼形裂纹 细观力学 破坏机制 渗流–断裂耦合 浸泡–风干循环 流变断裂 水平应力 水岩作用 水力劈裂系数 水力劈裂 断裂软化因子 损伤断裂 拉剪裂纹 应变能密度 巴西圆盘试件 尖端塑性区 实验室尺度 复变函数 塑性软化 地下岩体 固体力学 压剪裂纹 动态抗压强度 加载速率 临界应变能 中心裂纹圆盘试件 中心裂纹圆盘 中心圆孔圆盘试件 不衬砌压力隧洞 三维应力强度因子 ⅰ型断裂韧度 pfc2d
推荐指数 3 3 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
53 flac3d 54 d-p准则
1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
科研热词 致裂效果 稳定系数 研究进展 测试方法 比较与修正 断裂韧度 断裂强度因子 抗压强度 岩石断裂韧度 岩石断裂 岩石力学 岩石ⅰ型断裂韧度 岩石 尺效应 定向水力致裂 坚硬顶板 圆盘试件 危岩 动态断裂韧度 加载率 劈裂试验 几何相似试样 修正断裂判据 中心直裂纹平台巴西圆盘 t应力
不同岩石巴西劈裂强度的尺寸效应
不同岩石巴西劈裂强度的尺寸效应徐燕飞;赵伏军;王国举;周升民【期刊名称】《矿业工程研究》【年(卷),期】2012(027)004【摘要】通过对3种厚度在20-50mm不等的圆柱形岩石试样进行巴西劈裂试验，采用统计和回归的方法分析了试样厚度对岩石劈裂强度的影响，得出单轴抗压强度越大的岩石，巴西劈裂强度的尺寸效应越明显；不同岩石劈裂强度的尺寸效应各有不同，白色大理石劈裂强度随试样厚度增加呈线性减小，硅质砂岩劈裂强度随试样厚度增加呈线性增大，炭质泥岩劈裂强度随厚度增加呈指数增大．拟合这3种岩石劈裂强度与厚度关系的函数，相关系数都在0．99以上．试验结果还表明，不同岩石劈裂时横向应变和轴向应变也受试样厚度的影响，存在明显的应变尺寸效应．【总页数】6页(P7-12)【作者】徐燕飞;赵伏军;王国举;周升民【作者单位】湖南科技大学能源与安全工程学院,湖南湘潭411201;湖南科技大学能源与安全工程学院,湖南湘潭411201 湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室,湖南湘潭411201;湖南科技大学能源与安全工程学院,湖南湘潭411201;山西潞安集团左权佳瑞煤业有限公司,山西晋中032600【正文语种】中文【中图分类】TD315【相关文献】1.岩石巴西劈裂强度与裂纹扩展颗粒尺寸效应研究 [J], 黄彦华;杨圣奇;鞠杨;周小平;赵坚2.红砂岩巴西劈裂强度和极限应变的尺寸效应 [J], 李颖;王贾博3.固井水泥石巴西劈裂强度尺寸效应试验 [J], 温曹轩;陈美杰;吴羿君;潘博翔;杨婷娟;高源;贾善坡4.砂岩巴西劈裂抗拉强度的尺寸效应研究 [J], 徐快乐; 刘聪颖; 倪鑫; 朱余; 宛良朋; 邓华锋5.基于颗粒流的巴西劈裂抗拉强度的尺寸效应研究 [J], 窦浩宇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
岩石巴西圆盘混合断裂力学特征及空间效应研究
收稿日期：基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)项目(2015CB057903)（National Key Basic Research and Development Program of China (973 Program; 2015CB057903); 国家自然科学基金资助项目(51079092)( National Natural Science Foundation of China (51079092))作者简介：李列列，男，1983年生，博士研究生。
主要从事岩土工程数值模拟方面的研究工作。
E-mail:13370912@. 通讯作者：卓莉，女，1986 年生，工学博士，实验师，主要从事岩石力学试验与数值计算研究。
E-mail :zhuoli0405@岩石巴西圆盘混合断裂力学特征及空间效应研究李列列1，2, 卓 莉1,2*，邵江3，肖明砾1，2,谢红强1,2(1.四川大学 水利水电学院，四川 成都 610065；2.四川大学 水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川成都 610065；3.四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究，四川 成都 610065)摘要：针对I II -型混合断裂的力学特征进行研究，选用单节理直切槽巴西圆盘做为室内试验的研究对象。
采用位移伺服方式对巴西圆盘进行加载，并对荷载和位移进行监测。
根据室内试验得出的峰值应力和混合型断裂韧度相关理论，计算出对应的断裂韧度值。
选用能模拟裂隙演化的离散元软件PFC3D 对室内试验进行模拟，在加载方式上选用更为合理的点墙加载方式，以代替传统的墙体加载方式。
根据不同加载角β直切槽巴西圆盘室内试验结果，对数值模拟试验的试件细观参数进行标定，分别从宏观和细观上分析直切槽巴西圆盘的力学特性，PFC3D 数值试验破坏过程中展现出与巴西圆盘试验一致的细观特征。
研究结果表明：当0075β≤≤时，断裂韧度差值I II K K -与加载角β呈线性关系；根据试验结果建立荷载峰值与加载角β 的关系表达式，可预测不同加载角β下的荷载峰值；三维数值模拟分析结果显示裂隙尖端拉压临界角大于二维经典理论的结果，误差范围在4%~7%之间，且拉压临界角具用显著的空间特征，由圆盘边面到跨中截面逐渐增加，增加幅度为0.7°；随着加载角β的增加，直切槽周围最大张拉应力点由尖端向圆盘中心偏移，且偏移速率单调增加，全截面由受压逐渐转变为受拉；不同断裂形式的空间效应存在差异，II 型断裂的空间效应最小，巴西劈裂最显著。
巴西劈裂法实验总结
巴西劈裂法实验总结巴西劈裂法实验是一种常用的材料力学实验方法，用于测定材料的断裂韧性。
本文将对巴西劈裂法实验进行总结，包括实验原理、实验步骤、实验结果分析等内容。
一、实验原理巴西劈裂法实验是一种静态力学实验方法，主要用于测定岩石、混凝土等材料的断裂强度和断裂韧性。
实验原理基于材料在拉伸过程中的断裂特性，通过施加一个压力垂直于材料的力，使材料产生横向拉伸破坏，从而测定材料的断裂强度和断裂韧性。
二、实验步骤1. 准备实验材料：选择合适的岩石或混凝土样品，并将其切割成规定尺寸的圆盘状。
2. 安装试样：将试样放置在实验机的夹具上，并保证试样的对称性和垂直性。
3. 施加压力：在试样的两个平行表面上施加垂直于试样轴线的压力，逐渐增加压力直到试样发生破坏。
4. 记录实验数据：记录在破坏前后施加的压力值，并测量试样的断裂面积。
5. 分析实验结果：根据实验数据计算出试样的断裂强度和断裂韧性。
三、实验结果分析巴西劈裂法实验得到的实验结果主要包括断裂强度和断裂韧性两个指标。
1. 断裂强度：断裂强度是指试样在破坏前所能承受的最大压力值。
通过实验数据的分析计算得到断裂强度，可以用于评估材料的抗压能力。
2. 断裂韧性：断裂韧性是指试样在破坏过程中所吸收的总能量。
通过实验数据的分析计算得到断裂韧性，可以用于评估材料的耐久性和抗冲击能力。
实验结果分析可以通过多次实验取平均值，以提高结果的准确性和可靠性。
同时，还可以对不同材料进行比较，评估其断裂特性的差异。
巴西劈裂法实验的优点是实验过程简单、操作方便，能够对材料的断裂特性进行较准确的评估。
但也存在一定的局限性，例如实验结果受到试样几何形状的影响，需要进行合理的试样设计和选择。
总结：巴西劈裂法实验是一种常用的材料力学实验方法，通过施加垂直于材料轴线的压力，测定材料的断裂强度和断裂韧性。
实验结果可用于评估材料的抗压能力、耐久性和抗冲击能力。
实验过程简单、操作方便，但需要注意试样几何形状对实验结果的影响。
平台巴西圆盘试样岩石动态拉伸特性的试验研究
在巴西圆盘的试验中 ,破裂从试件的中心引发 , 这是常规巴西试验有效性应该满足的条件 ,也是使 贴在试样中心处的应变片准确获取应变信号的必要 条件 。为了保证试样沿加载直径劈裂 ,研究者多利 用刚性压条对圆盘试样加载 ,但压条与试样接触处 的压应力极高 ,容易引起该处岩石的屈服破坏 ,造成 试样不是由中心起裂破坏 ,这与试验原理不符 。对 此 ,文[ 9 ]提出了平台巴西圆盘试样 (如图 1) ,把集 中力改为平台上的均布力加载 ,彻底改善了加载处 的应力状态 。并且指出 ,当加载角大于一个临界值 (2 a ≥20°) 时可以保证测试要求的中心起裂条件 。 该平台巴西圆盘在静态试验和计算中已取得了成 功[7 ,9 ,10 ] 。因此 ,本次动态试验的试样也加工成平 台圆盘 ,且其平台对应的加载角为 2 a = 20°。大理 岩圆盘平台的平行度对试验结果的影响很大 ,而石 材加工的精度比金属加工低 ,要保证大理岩圆盘的 两个平台完全平行很困难 。我们选择了卧式铣床来 加工平台 ,精度有较好的保证 ,平台的平行度也能控 制在0. 05 mm以内 。其加工方法为 :将圆盘一面紧 贴在铣床工作台上固定好 ,先加工一侧平台 ,然后将 圆盘旋转 180°,将加工好的一侧紧贴挡板 (挡板与 铣刀运转面平行) ,再加工另一侧平台 (如图 2) 。
岩石巴西劈裂强度与裂纹扩展颗粒尺寸效应研究
岩石巴西劈裂强度与裂纹扩展颗粒尺寸效应研究黄彦华;杨圣奇;鞠杨;周小平;赵坚【摘要】基于一组经室内巴西试验结果标定的类岩石材料细观参数,通过颗粒流程序(PFC)建立圆盘试样离散元模型,对含不同颗粒粒度中心直切槽圆盘试样进行巴西劈裂模拟,分析颗粒尺寸对荷载-位移曲线、拉伸强度和破裂模式的影响,揭示裂纹扩展过程中细观力场、微裂纹以及能量演化规律.研究结果表明:切槽圆盘试样荷载-位移曲线可分为单峰值(type Ⅰ)、峰值之后软化(type Ⅱ)以及峰值之后强化(type Ⅲ)3种;切槽圆盘试样拉伸强度显著比完整圆盘的低,降幅与切槽倾角和颗粒半径相关;当切槽倾角不变时,拉伸强度总体上随着颗粒半径的增大而增大;而当颗粒半径不变时,拉伸强度随着切槽倾角的增大而减小;当切槽倾角相同时,不同颗粒半径中心直切槽圆盘试样破裂模式显著不同,颗粒尺寸主要影响中心直切槽圆盘试样次生裂纹的萌生和扩展;边界对试样作的功首先用于克服颗粒间黏结以产生裂纹,裂纹在应变能的作用不断扩展,在裂纹产生之后,摩擦能才开始起作用;颗粒的运动程度很低,因此动能很小;边界能与抗拉强度总体上呈正比关系,即边界能越大,拉伸强度越大.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(047)004【总页数】10页(P1272-1281)【关键词】岩石力学;巴西试验;中心直切槽圆盘;颗粒尺寸效应;颗粒流【作者】黄彦华;杨圣奇;鞠杨;周小平;赵坚【作者单位】中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州,221116;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州,221116;中国矿业大学力学与建筑工程学院,江苏徐州,221116;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州,221116;重庆大学土木工程学院,重庆,400045;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州,221116;莫纳什大学土木工程系,墨尔本,VIC 3800【正文语种】中文【中图分类】TU45岩石的力学行为会随着岩样尺寸的不同而改变，即岩石具有显著的尺寸效应。
岩石动态劈裂试验的最优试件尺寸分析
岩石动态劈裂试验的最优试件尺寸分析方新宇;许金余;刘石;陈腾飞;王鹏【摘要】Three most commonly used specimens including normal Brazilian disc,flattened Brazilian disc and holed Brazilian disc were simulated withthe finite element analysis software LS-DYNA for rock (SHPB)dynamic splitting tests. Based on the simulated results,the flattened Brazilian disc technique was adopted to perform dynamic splitting tests of granite specimens.By comparing the simulation and test results,the relation between strain rate and tensile strengths of rock was obtained and the optimal specimen size for rock dynamic splitting tests was discussed.The results showed that the fattened Brazilian disc technique fits the condition of broking from center well so that the test results will be more credible;for the rock parameters used here,the central angle of a flattened Brazil disk is suggested to be 20°~24°;if holed Brazilian disc is used in the dynamic splitting tests,the suggested aperture ratio of inner hole to external one is about 0.4 ~0.5;the dynamic splitting strengths of rocks increase with increase in strain rate,but the growing rate decreases and this growing trend is affected by the specimen size obviously.%利用有限元分析软件LS－DYNA对常规巴西圆盘、平台巴西圆盘和带孔巴西圆盘这三种最常用的劈拉试件，进行岩石 SHPB 动态劈裂试验的数值模拟，并依据模拟结果，采用平台巴西圆盘法，对花岗岩试样进行了动态劈裂试验。
温度对岩石动态断裂韧度的影响研究
温度对岩石动态断裂韧度的影响研究
饶岳成;宫能平
【期刊名称】《四川建材》
【年(卷),期】2013(000)005
【摘要】根据Central Cracked Circular Disk-Split Hop-kinson Pressure Bar ( CCCD-SHPB)测试原理，采用平台巴西圆盘开展温度对岩石类材料动态断裂性能影响的实验研究。
实验中控制加载速率基本一致，仅改变试件测试的温度，实现了岩石材料在同一加载速率、不同温度下的动态断裂实验，进而开展岩石材料动态断裂韧度的温度相关性研究。
实验结果表明，当温度处于8~100℃时，动态断裂韧度随着温度的升高而逐步下降，近似呈线性关系。
【总页数】2页(P96-97)
【作者】饶岳成;宫能平
【作者单位】安徽理工大学，安徽淮南 232001;安徽理工大学，安徽淮南232001
【正文语种】中文
【中图分类】TD801
【相关文献】
1.岩石断裂韧度的温度效应 [J], 张宗贤;喻勇;赵清
2.岩石动态断裂韧度的尺寸效应 [J], 张盛;王启智;谢和平
3.采用CCCD-SHPB试验系统确定岩石的动态断裂韧度 [J], 罗裕繁;宫能平;高远
4.岩石动态断裂韧度温度相关性的实验研究 [J], 宫能平;陈明飞
5.加载速率对岩石动态断裂韧度影响的试验 [J], 宫能平;罗裕繁;高远
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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。
平台巴西圆盘劈裂和岩石抗拉强度的试验研究
种角度的计算结果，判别应力 σ G 已经用 2PC / π Dt 无量纲化。试验所用圆盘中心角都在 20°以上。
平台巴西圆盘中心Βιβλιοθήκη 达到破坏时的轴向载荷为PC ，抗拉强度为
σ t = (2PC /π Dt) / K
(2)
式中：修正系数 K 是σ 的函数，根据有限元计算的
圆盘中心点应力得到。由 Griffith 准则式(1)的σ G 和 对应的载荷 P 计算[6]K 的公式为
(Henan Polytechnic University， Jiaozuo 454159 China)
Abstract The tensile strength can be determined from the split test of a disk specimen，or Brazil test. However the rock near loading points will yield and fracture，which is different from its testing principle. Two flats compressed in uniform deformation are introduced to the Brazilian disk to improve the stress state. From the results of FEM，the tensile stress in the center of disk decreases with the central angle of the flats，and the ratio of compressive stress to tensile stress increases as well. So it must be studied whether the Griffith criterion in tensile region is true or not true，and how to choose the central angle of flattened disk. The flattened disks of granite， sandstone，lime and diabase with central angle of 20°～90°are tested. The disks do not crack along their symmetric lines，and the tensile strength increases with the central angle of flats，which results from that Griffith criterion gives a higher tensile strength and there is friction effect between flats and the ends of testing machine. The disks crack symmetrically when plastic cushions with thickness of 0.5 mm are used. But the plastic cushions produce new friction in opposite direction，which causes that the strength of disk decreases with increment of central angle. The tensile strengths of circle disk and flattened disk are well matched for granite. The Brazil strength is 13 MPa，and the uniaxial compressive strength is up to 240 MPa. Except the granite，Brazil strengths of the other rocks are much lower than that of the flattened disks，which results from the localized load in Brazil test. In order to reduce the effect of friction and the flat quality of specimen on test results，the better choice of central angle of the flat is 20°～30°。 Key words rock mechanics，Brazil disk split test，Brazil disk with flat，tensile strength，Griffith criterion， end effect，central angle
冲击加载下的砂岩动态断裂全过程的实验和分析
冲击加载下的砂岩动态断裂全过程的实验和分析李炼;杨丽萍;曹富;王启智【摘要】采用圆孔内单边裂纹平台巴西圆盘(HSCFBD)新型试样在直径为100 mm的分离式霍普金森压杆上进行径向冲击加载,完成Ⅰ型动态断裂实验,首次研究了砂岩的动态断裂全过程.实验表明,在低加载气压(0.16 ～0.17 MPa)驱动炮弹条件下,炮弹撞击速度为3.7～4.4 m/s,检测到试样的破裂历经裂纹的动态起裂、扩展和止裂3个阶段,止裂后到第2次起裂开始,裂纹停滞较长一段时间.采用裂纹扩展计测得裂纹起裂、扩展和止裂完整过程的瞬时时间,以此确定试样的动态起裂时刻、裂纹扩展速度和止裂时刻,并运用实验-数值-解析法分别得到砂岩的动态起裂韧度、扩展韧度和止裂韧度.从微观角度分析了动态起裂韧度和起裂时间的加载率效应.最后,初步讨论了试样内应力波反射对止裂的影响.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2016(041)008【总页数】11页(P1912-1922)【关键词】圆孔内单边裂纹平台巴西圆盘;动态断裂全过程;动态起裂韧度;动态扩展韧度;动态止裂韧度【作者】李炼;杨丽萍;曹富;王启智【作者单位】四川大学建筑与环境学院,四川成都610065;地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都610059;水力学及山区河流开发保护国家重点实验室,四川成都610065;四川大学建筑与环境学院,四川成都610065;地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都610059;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】TD315准静态断裂研究自1921年Griffith提出能量释放率准则以来，发展成熟，但对动态断裂(即裂纹扩展过程中不能忽略惯性效应的影响)的研究则相对较少[1-2]。
动态断裂具有瞬态特征，快速扩展裂纹尖端附近质点受到裂纹尖端高速运动应力集中区的影响，导致动态断裂问题比较复杂。
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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径向冲击中心直裂纹巴西圆盘的复合型动态断裂分析
第5卷第1期2007年3月167226553/2007/05⑴/07528动力学与控制学报JOURNAL OF DY NAM I CS AND C ONTROLVol .5No .1M ar .20072006208216收到第1稿,2006212212收到修改稿.3国家自然科学基金资助项目(10472075)径向冲击中心直裂纹巴西圆盘的复合型动态断裂分析韦重耕 王启智(四川大学土木工程及应用力学系,成都 610065)摘要 中心直裂纹巴西圆盘试样可以用于脆性材料在纯Ⅰ型、纯Ⅱ型以及Ⅰ-Ⅱ复合型载荷下的动态断裂韧度的测试.通过改变径向冲击的加载角θ(加载方向相对于裂纹的倾斜角),可以方便地实现不同的Ⅰ、Ⅱ型动态断裂实验.本文用有限元软件ANSYS 对试样进行动态复合型断裂模拟分析,研究了不同载荷、不同材料以及不同试样尺寸对动态无量纲应力强度因子的影响,得到了纯Ⅱ型加载所对应的加载角θⅡ的近似计算公式.对于在斜坡载荷作用下的复合型断裂,Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子具有相似的时间历程曲线,其比值逐渐趋近于一个常数.本文给出了不同无量纲裂纹长度的试样在不同加载角下对应的Ⅰ、Ⅱ型无量纲应力强度因子的比值K Ⅰ(t )/K Ⅱ(t )(该比值称为复合比),利用该复合比,可以通过应变能密度因子准则求出试样的起裂角β0,得到的结果与文献给出的试验结果吻合得很好.关键词 中心直裂纹巴西圆盘, 复合型动态断裂, 纯Ⅱ型加载角θⅡ, 无量纲应力强度因子, 复合比K Ⅰ(t )/K Ⅱ(t ), 起裂角β0引言由于对径压缩圆盘试样能够方便的实现间接的拉伸实验,无裂纹的巴西圆盘最早是用于测定岩石、混凝土、陶瓷等脆性材料的抗拉强度,这就是著名的巴西实验.进一步还可以用该试样测定弹性模量和断裂韧度[1],最近又扩展到确定在冲击载荷作用下相应的动态力学参数[2],因此该试样应用广泛.更进一步的发展是,对于含有中心预制裂纹的巴西盘试样,改变加载方向与中心裂纹的倾角即加载角θ,可以使裂纹处于纯Ⅰ型加载(张开型)、纯Ⅱ型加载(滑开型)以及复合型加载等不同状态.一些学者对裂纹圆盘试样的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂问题进行了研究[3—8],但仅限于静态.由于动态断裂力学研究的复杂性,目前国内外对动态断裂研究得很少,对Ⅰ-Ⅱ复合型动态断裂研究得更少.日本学者山内良昭等[10,11]利用霍普金森压杆(SHP B )装置对4种材料的中心裂纹巴西圆盘进行了Ⅰ-Ⅱ复合型动态断裂韧度试验.但他们仅仅是对单一尺寸的试样进行了研究,没有研究影响动态应力强度因子的各种因素.显然,当加载角θ=0°时,裂纹面上仅受到拉应力作用,此时试样受到纯Ⅰ型载荷的作用[7,8].因此,可以很容易地利用实验来测定材料的纯Ⅰ型断裂韧度.然而,对于材料的纯Ⅱ型动态断裂韧度的测定,由于事先无法确定纯Ⅱ型的加载角,需要通过逐渐改变加载角度的方法来进行实验,因此,如果能够事先知道纯Ⅱ型加载角度θⅡ,将会节省人力和物力,并给研究带来方便.此外,通常实际的结构并不总是处于纯Ⅰ型或者纯Ⅱ型受力状态,大多数情况下是处于Ⅰ、Ⅱ复合型受力状态,因此有必要研究复合型断裂的力学特性.如果能够确定试样在加载角θ下的复合比K Ⅰ/K Ⅱ(不同加载角下对应的Ⅰ、Ⅱ型无量纲应力强度因子的比值),然后运用应变能密度因子准则[9],便可预测试样的起裂角β0,利用该起裂角并结合断裂时刻的Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子K Ⅰf 、K Ⅱf 便可确定试样在该加载角下的动态应变能密度因子临界值S D .目前尚未有人从以上两个方面对中心直裂纹巴西圆盘进行动态断裂力学研究.本文利用有限元软件模拟中心直裂纹巴西圆盘的动态复合型断裂,分析了影响动态应力强度因子的因素,得到了纯Ⅱ型加载角θⅡ的计算公式,并给出了不同无量纲裂纹长度的试样在斜坡载荷下的不同加载角下对应动 力 学 与 控 制 学 报2007年第5卷的Ⅰ、Ⅱ型复合比以及确定动态起裂角β0的方法.1 中心直裂纹巴西圆盘的在复合型断裂韧度研究中的应用确定脆性材料的动态断裂韧度,一般采用实验和数值相结合的方法.文献[10,11]利用霍普金森压杆(SHP B )装置中心裂纹巴西圆盘进行了Ⅰ-Ⅱ复合型动态劈裂实验,然后利用有限元数值分析的方法对试验记录进行分析.图1 中心直裂纹巴西圆盘试样的SHPB 复合型冲击实验Fig .1 The center cracked B razilian disc s peci m en underm ixed mode i m pact test by SHP B图1为SHP B 设备的简化图,试样加载角为θ,直径为2R,厚度为b,裂纹长度为2a,定义试样无量纲裂纹长度为:α=a /R.通过入射杆与透射杆上的应变片测出作用在试样上的载荷时间历程曲线,如图中的P L 、P R ,并由试样上裂纹尖端处的应变片测出试样的起裂时间t f .然后用有限元软件计算得到试样在单位冲击载荷作用下的应力强度因子的响应,再利用该响应与测出的载荷进行卷积,得到试样上应力强度因子的响应曲线,最后通过t f 来确定试样起裂时的Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子K Ⅰf 和K Ⅱf .表1 材料的力学参数和几何尺寸[10,11]Table 1 Mechanical p r operties and s peci m en geometryof the tested brittle materials[10,11]Dia meter 2R /mm ThicknessB /mm Crack length 2a /mm Young’s modulus E /GPa Poiss on’srati ovDensity ρ/kg/m 3A l m inaceram ics 36.0 3.018.03090.22 3.70×103Particle dis persed glass 36.0 3.018.065.40.26 5.95×103Graphite 36.0 3.018.09.290.18 1.76×103Soda 2li m e glass36.03.018.067.60.24 2.50×103文献[10,11]中试样的材料和尺寸如表1所示.图2为文献[11]通过数值模拟得到的斜坡载荷作用下不同加载角对应的Ⅰ、Ⅱ型无量纲应力强度因子(该图为表1中材料石墨(Graphite )的计算结果),从图中可以看出Ⅰ型应力强度因子随着加载角的增加而减小,Ⅱ型应力强度因子随着加载角的增加而增加.当θ=0°时,对应着纯Ⅰ型断裂,当θ≈23°时,对应着纯Ⅱ型断裂,并且不随着材料而变化.图2 文献[6]中斜坡载荷下的无量纲应力强度因子(α=0.5)Fig .2 Dyna m ic stress intensity fact ors underramp l oading in Ref[6](α=0.5)文献[10,11]利用式(1)对应力强度因子进行无量纲化.K ^θi =K θi (t )A p T i =Ⅰ,Ⅱ(1)其中:A =[K θista ticP sta tic]pu re m ode i , T =2R /c 0p 为斜坡载荷的斜率,c 0为材料的纵波波速.本文利用有限元软件ANSYS 对文献[10,11]的计算结果进行了验证.有限元模型如图3所示,模型采用ANSYS 的二维等参单元p lane2,共划分1340个单元,2806个节点,采用平面应力分析,利用命令KSCON 来生成裂纹尖端的奇异单元,分析结果也按照(1)式进行无量纲化.结果如图4所示.从图4可以看出,本文的有限元分析结果和文献[11]得到的结果相符.文献[11]的数值分析仅仅是对在斜坡载荷作67第1期韦重耕等:径向冲击中心直裂纹巴西圆盘的复合型动态断裂分析用下材料为石墨(Graphite )的试样进行模拟.下面,本文将从载荷、材料、几何形状三个方面来研究它们对无量纲应力强度因子的影响.2 试样复合型动态断裂的影响因素对于中心直裂纹巴西圆盘试样,影响其应力强度以及纯Ⅱ型加载角的主要因素为载荷、材料参数以及试样的几何形状.因此,本文从这三个方面研究其对无量纲应力强度因子以及纯Ⅱ型加载角的影响.图3 中心直裂纹巴西圆盘有限元网络Fig .3 Finite ele ment mesh of center notcheddisc图4 不同加载角θ对应的无量纲应力强度因子(α=0.5)Fig .4 D i m ensi onless dyna m ic stress intensity fact orsfor different l oad angles θ(α=0.5)2.1 载荷类型的影响试样受到不同载荷的作用,其应力强度因子的响应也是不同的,文献[11]仅仅是对试样在斜坡载荷作用下的情况进行分析,没有研究不同载荷的影响.本文通过三种载荷对试样进行有限元分析,载荷如图5所示.材料参数和试样尺寸采用表1中材料石墨(Graphite )的数据,加载角为θ=23°.结果如图6所示.图5 三种载荷Fig .5 Three types of loads图6 不同载荷对应的无量纲应力强度因子Fig .6 Di m ensi o nless dyna mic stress intensity fact ors f or different ty pes of l oads从图6中可以看出,试样的无量纲应力强度因子曲线与载荷的形状有关,载荷越不规则,无量纲应力强度因子曲线也越不规则.从图6还可以看出,三种载荷对应的Ⅰ型无量纲应力强度因子曲线在时间轴上上下波动,可以认为此时为纯Ⅱ型加载,θⅡ=23°.因此,不同的载荷只是影响应力强度因子曲线的形状,而不改变纯Ⅱ型加载角θⅡ的大小.对于阶跃型载荷或者不规则的载荷,其应力强77动 力 学 与 控 制 学 报2007年第5卷度因子曲线也是不规则的,这些类型的载荷不利于动态研究;而对于斜坡载荷和正弦载荷,其应力强度因子曲线比较平滑,这种曲线有利于动态研究,因此在动态断裂试验中,应该采用斜坡载荷或者正弦载荷.在利用SHP B 进行圆盘劈裂试验时,大多试样都是在载荷达到峰值之前开始破坏,在这之前的载荷可以看成是斜坡载荷,因此,本文主要针对斜坡载荷作用下的复合型动态断裂进行研究.2.2 材料的影响本文通过对表1的四种不同材料的试样进行有限元模拟,来分析不同材料对无量纲应力强度因子的影响,加载角为θ=23°.得到的Ⅰ、Ⅱ型无量纲应力强度因子如图7所示.从图中可以看出,此时四种材料的试样均处于纯Ⅱ型加载状态,θⅡ=23°.因此材料常数也仅仅是影响应力强度因子曲线的形状和大小,但不会改变纯Ⅱ型加载角.图7 不同材料对应的无量纲应力强度因子历程Fig .7 D i m ensi onless dyna m ic stress intensity fact ors f or different materials2.3 试样裂纹尺寸的影响中心直裂纹巴西圆盘试样由几何形状和尺寸大小两个因素决定.在ANSYS 有限元分析中,几何相似试样的无量纲化结果与试样的尺寸无关[12],因此,对于中心直裂纹巴西圆盘的有限元分析,不需要研究尺寸大小对无量纲应力强度因子的影响.而对于中心直裂纹巴西圆盘来说,控制其几何形状的因素是无量纲裂纹长度,本文通过分析不同无量纲裂纹长度试样来研究几何形状对无量纲应力强度因子的影响.从前面的分析可知,无量纲裂纹长度α=0.5的试样在加载角θ=23°时处于纯Ⅱ型加载状态.本文取无量纲裂纹长度分别为α=0.2、0.5、0.7的试样进行分析,得出它们在加载角θ=0°、15°、23°下的无量纲应力强度因子,如图8所示.试样的半径R =36mm ,材料参数取表1中材料Soda 2li m e glass 的参数.图8 不同加载角和无量纲裂纹长度对应的无量纲应力强度因子Fig .8 D i m ensi onless dynam ic stress intensity fact ors for different l oading angles and di m ensi onless crack lengths图8的三个图显示了试样的Ⅰ、Ⅱ型无量纲应力强度因子随着加载角的变化趋势.Ⅰ型无量纲应力强度因子随着加载角的增大而减小,Ⅱ型无量纲应力强度因子随着加载角的增大而增大.图中清楚地显示了无量纲裂纹长度对应的Ⅰ、Ⅱ型无量纲应力因子具有很大的影响.从图(b )、(c )可以看出,87第1期韦重耕等:径向冲击中心直裂纹巴西圆盘的复合型动态断裂分析这种影响主要体现在Ⅰ、Ⅱ型无量纲应力强度因子随着角度变化的速度不一样.从图(c )可以看出,在加载角θ=23°时,仅有α=0.5的试样处于纯Ⅱ型状态;当α=0.2时,试样的Ⅰ型无量纲应力强度因子K ^Ⅰ(t )>0,说明其纯Ⅱ型加载角θⅡ>23°;而当α=0.7时,试样的Ⅰ型无量纲应力强度因子K ^Ⅰ(t )<0,说明其纯Ⅱ型加载角θⅡ<23°.因此,不同的无量纲裂纹长度使得试样的纯Ⅱ型加载角θⅡ发生了改变,无量纲裂纹长度越大,θⅡ就越小.3 纯Ⅱ型加载角θⅡ材料的Ⅱ型断裂韧度是一个重要的力学参量,需要通过试验的方法来测定,而利用巴西圆盘测定材料的纯Ⅱ型断裂韧度,最关键的是要知道纯Ⅱ型加载角θⅡ.从前面的分析我们知道,试样的纯Ⅱ型加载角与无量纲裂纹长度有关,而目前国内外研究中心直裂纹巴西圆盘的动态断裂的文章很少,尚未看到有人提出不同无量纲裂纹长度下θⅡ计算公式.本文通过模拟不同无量纲裂纹长度的试样,找出其对应的纯Ⅱ型加载角θⅡ,如图9所示.然后,通过对这些离散点进行二次曲线拟合,得到了纯Ⅱ型加载角度θⅡ(/°)的近似计算公式:θⅡ=30.982-6.6667α-19.048α2(0.1<α<0.9)(2)图9 不同无量纲裂纹长度对应的θⅡFig .9 The θⅡfor different dim ensi onless length of crack 利用该公式可以方便地计算出不同无量纲裂纹长度所对应的纯Ⅱ型加载角θⅡ,由此确定复合型断裂的加载角范围为0≤θ≤θⅡ.另外,有限元计算结果表明,该公式同样可用于静态复合型断裂情况.表2为本文公式(2)的计算结果与文献[5,6]给出的静态载荷下θⅡ的比较,结果十分接近.表2 静态载荷作用下的θⅡ/°Table 2 The θⅡ/°f or static l oading αEq .(2)θⅡ/°Ref[5]Ref[6]0.130.129.70.228.928.70.327.327.227.20.425.325.325.40.522.922.923.30.620.120.221.30.717.017.00.813.513.10.99.68.24 Ⅰ、Ⅱ型复合比4.1 复合比的计算在静态情况下,复合型断裂的应力强度因子为图10 α=0.2时不同加载角对应的Ⅰ、Ⅱ型复合比K Ⅰ(t )/K Ⅱ(t )Fig .10 The m ixed mode rati o of mode Ⅰt o Ⅱunder different l oading angles with α=0.2常量,因此可以很容易地确定其Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子的复合比K Ⅰ/K Ⅱ.然而在动态情况下,其Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子是时间的函数,不同载荷作用下,Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子的时间历程曲线是并不相似,因此很难确定其Ⅰ、Ⅱ型复合比.然而从前面的分析可以看出,在斜坡载荷作用下中心直裂纹巴西圆盘的Ⅰ、Ⅱ型无量纲应力强度因子的时间历程曲线具有相似的形状,当试样内部的应力达到均匀化以后,它们的比值趋近于一个常数.如图10所97动 力 学 与 控 制 学 报2007年第5卷示.该图为无量纲裂纹长度为α=0.2时的Ⅰ、Ⅱ型无量纲应力强度因子之比,从图中可以看出,该常数值与加载角θ有关,随着加载角的增大而减小.另外,该比值还与试样的无量纲裂纹长度有关,图11给出了不同无量纲裂纹长度试样对应的Ⅰ、Ⅱ复合比随加载角θ的变化趋势.从图中可以看出,无量纲裂纹长度越小,对应的复合比越大.图11 试样的Ⅰ、Ⅱ型复合比与加载角θ的关系Fig .11 The curve of the m ixed mode rati o of mode Ⅰt o mode Ⅱunder different l oading angles θ4.2 复合比的应用在利用SHP B 进行劈裂试验时,大多试样都是在载荷达到峰值之前开始破坏,在这之前的载荷是斜坡载荷,因此,能够事先确定试样在载荷作用下的Ⅰ、Ⅱ型复合比,对研究试样的复合型断裂具有非常重要的作用.表3给出了不同无量纲裂纹长度试样在不同加载角下的复合比.根据该表给出的Ⅰ、Ⅱ型复合比,利用应变能密度因子准则[9],裂纹将沿着应变能密度因子S 最小的方向扩展,因此可由下列公式计算出裂纹的起裂角β0.9S 9β=092S 9β2>0(3)其中:S =116πμ[a 11K 2Ⅰ(t )+2a 12K Ⅰ(t )K Ⅱ(t )+a 22K 2Ⅱ(t )]a 11=(3-4v -cos β)(1+cos β)a 12=2sinβ(cos β-1+2v )a 22=4(1-v )(1-cosβ)+(1+cos β)(3cos β-1)表3 不同无量纲裂纹长度对应的Ⅰ、Ⅱ型复合比K Ⅰ(t )/K Ⅱ(t )Table 3 The m ixed -mode rati o K Ⅰ(t )/K Ⅱ(t )of modeⅠt o mode Ⅱf or different di m ensi onless length of crackα=0.2α=0.3α=0.4α=0.5α=0.6α=0.7α=0.8θ=1°13.0012.7711.669.499.06 6.09 4.47θ=3° 4.46 4.30 3.96 3.50 2.93 2.29 1.48θ=5° 2.65 2.54 2.31 2.01 1.69 1.230.79θ=8° 1.59 1.50 1.37 1.180.960.680.37θ=10° 1.21 1.15 1.020.860.680.430.19θ=12°0.960.890.790.650.490.290.06θ=15°0.680.630.530.420.270.07-0.1θ=17°0.540.480.400.290.150.00-0.1θ=20°0.350.320.240.120.00-0.1-0.29θ=23°0.230.170.090.00-0.1-0.26-0.39θ=25°0.140.090.00-0.1-0.21-0.37-0.46θ=28°0.002-0.03-0.11-0.21-0.32-0.44-0.54θ=30°-0.018-0.10-0.18-0.30-0.40-0.55-0.62文献[10]对石墨(Graphite )试样进行了动态复合型试验,试样的材料和尺寸参数见表1,加载角分别为0°,7°,15°和23°.得到了试样起裂时的Ⅰ、Ⅱ型动态应力强度因子的复合比K Ⅰf /K Ⅱf 和动态起裂角β0.本文利用表3的数据,通过公式(3)计算出无量纲裂纹长度α=0.5时试样的起裂角,与文献[10]的数据进行比较,如表4所示.从表4可以看出,本文通过有限元模拟得到的Ⅰ、Ⅱ型动态复合比K Ⅰ(t )/K Ⅱ(t )与文献[10]得到的起裂时Ⅰ、Ⅱ型动态复合比K Ⅰf /K Ⅱf 十分接近,最大误差不超过5%.利用公式(3)计算得到的起裂角与文献[10]的试验结果也十分接近,完全能够用于预测试样的起裂角度.表4 Ⅰ、Ⅱ型复合比K Ⅰ(t )/K Ⅱ(t )和起裂角β0Table 4 The Ⅰ、Ⅱm ixed -mode rati o vsthe crack initiati on angleθ/°ANSYS results K Ⅰ(t )/K Ⅱ(t )β0/°Results in Ref[10]K Ⅰf /K Ⅱf β0/°0°∞0.0∞0.07° 1.3541.0 1.4138.515°0.4261.60.4358.023°0.0077.60.0073.0根据应变能密度因子准则,当最小应变能密度因子S m in 达到了材料的临界值SC (静态临界值),裂纹便开始扩展.在计算出起裂角β0后,将β0代08第1期韦重耕等:径向冲击中心直裂纹巴西圆盘的复合型动态断裂分析入应变能密度因子S的表达式,便可求出最小应变能密度因子Sm in.因此,可以通过下式建立动态复合型断裂的断裂准则.S m in=S D(4)只要得出试样起裂时刻的Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子后,便可由(4)式确定材料的动态临界值SD.5 结论(1)利用有限元软件ANSYS模拟了径向冲击中心直裂纹巴西圆盘的动态断裂力学特性,分析了不同载荷,不同材料参数以及不同无量纲裂纹长度对试样无量纲应力强度因子的影响(图5—图8).(2)研究了试样的纯Ⅱ型加载角θⅡ与试样无量纲裂纹长度的关系,提出了θⅡ的计算公式(2).利用该公式可以方便地求出不同无量纲裂纹长度试样所对应的纯Ⅱ型加载角度θⅡ.(3)研究了斜坡载荷作用下的应力强度因子的特性,发现在斜坡载荷作用下Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子时间历程曲线具有相似的形状,在试样内部应力达到均匀化以后,KⅠ(t)与KⅡ(t)的比值趋近于一常数,该常数即为复合断裂Ⅰ、Ⅱ型复合比,它与试样的无量纲裂纹长度以及加载角θ有关.表3给出了不同无量纲裂纹长度试样在不同加载角度下对应的Ⅰ、Ⅱ型复合比,由于利用霍普金森压杆对巴西圆盘试样进行劈裂试验的载荷通常为斜坡载荷,因此,利用该表,可以很方便地预测不同加载角对应的裂纹起裂角度,并可求材料的应变能密度因子动态临界值SD,由此可以建立材料的动态起裂判据.参 考 文 献1 王启智,贾学明.用平台巴西圆盘试样确定脆性岩石的弹性模量、拉伸强度和断裂韧度2第一部分:解析和数值结果.岩石力学与工程学报,2002,21(9):1285～1289 (W ang Q izhi,J ia Xue m ing.Deter m inati on of elastic modu2 lus,tensile strength and fracture t oughness of brittle r ocksby using flattened brazilian disk s peci m en2part i:analytical and nu merical results.Chinese Journal of rock M echanics and Engineering,2002,21(9):1285～1289(in Chinese)) 2 李伟,谢和平,王启智.大理岩动态劈裂拉伸的S HP B实验研究.爆炸与冲击,2006,26(1):12～20(L i W ei,Xie Hep ing,W ang Q izhi.An experi m ental study for the dyna m ic s p lit tensi on of marble disc using SHP B.Explosion and Shock W aves,2006,26(1):12～20(in Chinese))3 J ia Z,Castr o2Monter o A,Shah SP.Observati on of m ixed mode fracture with center notched disk s peci m ens.Ce m ent and Concrete Research,1996,26(1):125～1374 A l2Shayea N A,Khanb K,Abduljau wad S N.Effects of confi2 ning p ressure and te mperature on m ixed2mode(I2Ⅱ)fracture t oughness of a li m est one r ock.International Journal of Rock M echanics and M ining Sciences,2000,37:629～6435 Dong SM,W ang Y and Xia YM.Stress intensity fact ors f or central cracked circular disk subjected t o comp ressi on.En2 gineering Fracture M echanics,2004,71(728):1135～l148 6 A tkins on C,S melser RE,Sanchez bined mode frac2 ture via the cracked B razilian disk test.International Jour2 nal of F racture,1982,18:279～917 中国航空研究院,应力强度因子手册(增订版).北京:科学出版社,1993,376～377(The aer onautic acade my of China.The atress intensity fact ors handbook(revise edi2 ti on).Beijing:Science p ress,1993,376～377(in Chi2 nese))8 陈枫,孙宗颀,徐纪成.单轴压缩下中心裂纹巴西试样的权函数分析.岩石力学与工程学报,2000,19(5):599～603(Chen Feng,Sun Zongqi,Xu J icheng.W eight functi on s oluti on for center2cracked B razilian disk s peci m ens subjec2 ted t o uniaxial comp ressi on.Chinese Journal of R ock M e2 chanics and Engineering,2000,19(5):599～603(in Chi2 nese))9 Sih G C.M ethods of analysis and s oluti ons of crack p r ob2 le m s.RecentDevel opment in FractureM echanics.NoordhoffI nternati onal Publishing,Leyden,197310 山内良昭,中野元博,岸田敬三等.中央切欠円板を用混合 一 冲击下におけゐぜい性材料の破坏じん性の测定.材料.2000,49(12):1324～1329(Yoshiaki18动 力 学 与 控 制 学 报2007年第5卷Yamauchi,Mot ohir o Nakano,Keizo Kishida,Tatsuya Ok 2abe .Measurement of fracture t oughness for brittle materials under m ixed 2mode i m pact l oading using center 2notched disk s peci m en .Journal of Society of M aterial Science ,Japan .2000,49(12):1324～1329(in Japanese ))11 山内良昭,中野元博,岸田敬三.混合 一 冲击下におけゐ中央切欠円板の动的 —解放率の评价.日本机械学会论文集.1997,63(616):2586～2591(Yo 2shiaki Ya mauchi,Mot ohir o Naka mo,Keizo Kishida .Evalu 2ati on of dyna m ic energy release rate f or center 2notched disk under m ixed 2mode l oading .Transacti on of Japanese Society of Mechanical Engineering .1997,63(616):2586～2591(in Japanese ))12 易日.使用ANSYS6.1进行结构力学分析.北京大学出版社,2002,32～33(Yi R i .ANSYS6.1U sed in structuremechanics analysis .Beijing:Beijing university p ress,2002,32～33(in Chinese ))Received 16August 2006,revised 12December 2006.3The p r oject supported by the Nati onal Science Foundati on of China (10472075)A DY NAM I C FRACTURE ANALY S I S O F CENTER -CRACKEDBRAZ I L I AN D I SC SPEC I M ENS UND ER M I XED MOD ED I A M ETR I C I M PACT LOAD I NGW ei Chonggeng W ang Q izhi(D ept .of C ivil Engineering and A pplied M echanics,S ichuan U niversity ,Chengdu 610065,China )Abstract The center -cracked B razilian disc s peci m ens can be used t o measure dyna m ic fracture t oughness un 2der pure mode I,pure mode Ⅱ,or m ixed -mode l oadings for brittle materials .The pure or differently m ixed mode dyna m ic fracture test can be realized by changing the l oading angle θ,which is the inclinati on angle of the l oading dia meter with res pect t o the center crack .The finite ele ment s oft w are ANSYS was used t o si m ulate the i m pact fracture tests of the s peci m ens,and the effect of different types of l oads,materials and s peci m en geometry on the di m ensi onless dyna m ic stress intensity fact ors were investigated .An app r oxi m ate f or mula was p r oposed t o calculate the l oading angle θⅡfor the pure mode Ⅱl oading .A s f or the m ixed mode l oading,when a ra mp l oad was app lied,the stress intensity fact ors of mode I and mode Ⅱhad si m ilar curves of ti m e hist ory,and the m ixed -mode rati o of mode I t o mode Ⅱstress intensity fact or,i .e .KI (t )/K Ⅱ(t ),was nearly a constant value .The rati os of s peci m ens with different di m ensi onless crack length under different l oading angle were p resented .U sing these values,the dyna m ic crack initiati on angles β0can be esti m ated based on the strain energy density fact or cri 2teri on,and the esti m ati on is in good agree ment with the experi m ental results given in the referencesKey words center -cracked B razilian disc, m ixed mode dyna m ic fracture, pure mode Ⅱl oading angle θⅡ, di m ensi onless crack length, m ixed -mode rati o KI (t )/K Ⅱ(t ), crack initiati on angle β028。
红砂岩巴西劈裂强度和极限应变的尺寸效应
1Hz，对采集的数据用巴西劈裂的弹性解式(1)进行计算。
σt
= 2P π DL
(1)
式中P 为 峰 值 荷 载，D 为 试件直径，L为 试件厚度。
1 试验条件及方法 本 试 验 所用的 岩石为 红 砂 岩，岩 块 完 整 性 较 好，无 裂
隙，暗 红色，质地均匀致密，密度为2 450 k g /m 3，单 轴 抗 压
拟合曲线
4.0
劈拉强度/MPa
3.5
3.0
y=-8.12095*exp(-x/8.6756)+3.60029
2.5
(R2=0.89819)
2.0
15
20
25
30
35
40
45
50
55
厚度/mm
图2 劈拉强度随厚度变化曲线
极限横向应变 极限纵向应变
4000
3000
2000
应变/με
1000
0
-1000
-2000 20
20，25，30，35，40，45，50 m m的7组圆柱形试样，同一厚度 的 试 样 5～7个，共 计 41个。
Ro c c o 等 [3]通 过 计算得出结 论，在巴西劈裂 试 验中，试
件 承 压 带 的 宽 度与 直径 相比 较 小 的 情况下得 出的 劈裂 抗 拉
强度值，与集中力作用下得到的强度值 大 致 相当。因此，本
尽管如此，巴西劈裂试验仍然存在两点主要缺陷：一是集 中力作用下加载导致圆盘上下端点处应力集中过大可能导致 的局 部 破 坏，二是不同厚度 试件高径比 的 测 试 结 果 具 有显著 的尺寸效应。国家标准《工程岩体试验方法标准》和行业标准 《水利水电工程岩石试验规程》中规定，试件厚度宜为直径的 0.5～1.0 倍，即2 5～5 0 m m，但 此范围较 大，不同厚度 试件 得出 的试验结果不尽相同，不同类型岩石的尺寸效应也不尽相同， 有必要对巴西劈裂强度的尺寸效应进行进一步的探索[2]。
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在测试准脆性材料的拉伸力学性能方面，巴西 试验由于试样制作简单，加载方便，理论成熟等优 点而为许多学者所接受。国际岩石力学学会
(International Society for Rock Mechanics— ISRM) 早在 1978 年就颁布了利用巴西圆盘试样测试岩石
的静态拉伸强度 σ t 的建议方法[11]，王启智等人为
工程力学
169
合力 F(t)
2β
D
2a0
图 1 中心直裂纹平台巴西圆盘(CSTFBD) Fig.1 Cracked straight through flattened Brazilian disc
(CSTFBD)
图 2 中心直裂纹平台巴西圆盘实物图 Fig.2 The specimen of CSTFBD
(Department of Civil Engineering and Applied Mechanics, Sichuan University, Chengdu, Sichuan 610065, China)
Abstract: The geometrically similar cracked straight through flattened Brazilian disc specimens of different sizes (φ80, φ122, φ155mm) were diametrically impacted by the split Hopkinson pressure bar system, and the dynamic fracture toughness of rock materials was determined by the experimental-numerical method. The result shows that the dynamic fracture toughness is affected by both the loading rate and the specimen size. In order to separate the coupling effects of these two factors on the dynamic fracture toughness, two procedures of linear regressions were conducted: the first regression was used to treat the dynamic fracture toughness with respect to the loading rate for the same sized specimens, and by using the obtained formulas, the dynamic fracture toughness corresponding to different diameters under the same loading rate can be calculated, under this condition the Bazant’s static size effect law can be applied to dynamic situation; then the second regression was made for the dynamic fracture toughness with respect to the specimen size. The size effect law of dynamic fracture toughness under a certain loading rate was thusly obtained. Finally, the dynamic fracture toughness of the marble material under different loading rates was presented. Key words: dynamic fracture toughness; size effect; cracked straight through flattened Brazilian disc;
了改进试样的应力状态又提出了平台巴西圆盘试 样[12]，Ross 等对混凝土巴西圆盘动态劈裂实验进行 了数值分析和实验研究[13―14]，Yamauchi 等对中心 直裂纹巴西圆盘实施单点径向冲击，测试石墨等材 料的动态断裂能量释放率以及动态断裂韧度[15]。
本文利用霍普金森压杆对直径分别为 80mm、 122mm、155mm 的几何相似的中心直裂纹平台巴西 圆盘(cracked straight through flattened Brazilian disc —CSTFBD)试样进行了径向冲击试验，采用实验数值相结合的方法，将实验记录的载荷数据输入有 限元软件 ANSYS 得到了试样在不同加载率下的动 态断裂韧度。对动态断裂韧度随加载率的变化趋势 进行线性回归，利用回归公式求出相同加载率下三 组几何相似试样的动态断裂韧度，并将 Bazant 尺度 律公式应用到动态，将相同加载率下的动态断裂韧 度对直径进行线性回归，由此研究动态断裂韧度的 尺寸效应。最后给出了不同加载率下大理岩的材料 动态断裂韧度。
1 试样及加载设备
试样材料为白色大理石，采自四川雅安，参考 文[16]，取弹性模量为 16.3GPa，泊松比为 0.3，密 度为 2527kg/m3。图 1―图 3 分别为中心直裂纹平台 巴西圆盘试样简图、实物图和实验后的开裂图；其 中，D 为试样的直径， 2a0 为裂纹长度，2β 为平台 圆心角，作用在试样平台上的载荷的合力为 F(t)。 试样的几何参数如表 1 所示，定义无量纲裂纹长度
SIZE EFFECT FOR ROCK DYNAMIC FRACTURE TOUGHNESS TESTED WITH CRACKED STRAIGHT THROUGH FLATTENED BRAZILIAN DISC
FENG Feng , WEI Chong-geng , *WANG Qi-zhi
为α0 = 2a0 / D 。本次实验采用洛阳工程兵科研三所
的霍普金森压杆作为加载设备，压杆直径为 100mm，入射杆长 4500mm，透射杆长 2500mm， 弹性模量 210GPa，泊松比 0.30，密度 7850kg/m3， 理论波速为 5172m/s，实测波速为 5200m/s，炮弹长 度为 180mm。
40.0
D3
155.0
103.0
0.66
50.0
2β /(°)
20 20 20
2 实验方法和实验记录
2.1 载荷的确定 图 4 显示了各应变片在杆和试样上的相对位
置。入射波 εi (t)和反射波 εr (t)由应变片 g1 获得， 透射波 εt (t)由应变片 g2 获得，裂尖的信号由应变
片 g3 获得。为了将入射波和反射波分开，同时消 除由于圣维南原理以及杆端波互相叠加带来的干
韦重耕(1981―)，男，广西柳江人，硕士，从事动态断裂研究(E-mail: fractureofscu@)； *王启智(1946―)，男，浙江嘉兴人，教授，博导，从事固体力学、岩土工程方面的研究(E-mail: qzwang2004@).
168
工程力学
越来越多的实验和工程实践表明，准脆性材料 (如岩石、混凝土、海冰、复合材料、陶瓷等)存在尺寸 效应(size effect)，例如，实验中得到的力学参数不 仅与材料性质有关，而且与试样尺寸和几何有关。 当结构和材料的尺寸改变时，其力学响应也随之改 变；或当结构细观尺度不同时，其宏观变形和破坏 行为也不相同，这就是所谓尺寸效应[1]。由于实验 室采用的试样尺寸一般比工程结构小得多，这意味 着在实验中由小尺寸试样得到的力学参数，必须以 恰当的方式外推到大尺寸构件上才能合理使用[1]。
摘 要：对三组几何相似，尺寸不同(φ80，φ122，φ155mm)的中心直裂纹平台巴西圆盘试样，利用霍普金森压杆
系统进行径向冲击试验，采用实验-数值方法确定岩石的动态断裂韧度。测试结果表明，岩石的动态断裂韧度同时 受到加载率效应和尺寸效应的影响。为了分离两者的耦合作用，进行了两次线性回归：首先对相同尺寸试样的动 态断裂韧度随加载率的变化进行回归，利用该回归公式可得到在相同加载率下不同尺寸的相似试样的动态断裂韧 度，在此条件下可将 Bazant 的静态尺度律公式应用到动态；然后对同一加载率下的动态断裂韧度不同试样尺寸再 进行回归，由此可以研究在给定加载率下动态断裂韧度的尺寸效应，最后求出了不同加载率下大理岩的材料动态 断裂韧度。 关键词：动态断裂韧度；尺寸效应；中心直裂纹平台巴西圆盘；几何相似试样；加载率 中图分类号：O346.1; TU458+.3 文献标识码：A
扰，入射杆和透射杆上的应变片应该贴在离杆与试 样接触处足够长的距离。在本次实验中两个应变片
的粘贴距离分别为 Lg1=100cm，Lg2=80cm。从试验 结果可以看出，这个距离已经能够把入射波和反射 波信号分开； Ls = D × cos(10o ) 为试样两个平台间 的距离。对试样 D1-4 对应的各信号进行滤波以及 扣除零飘后各信号如图 5 所示，其中压应变为正拉 应变为负。
国内外对准脆性材料的动态断裂尺寸效应的 研究很少，迄今尚未见到关于岩石动态断裂韧度尺 寸效应的研究成果，尤其是其动态拉伸实验不易实 施，如果再涉及到尺度效应研究则难度更大。仅有 的研究表明[2―3]，影响混凝土材料的动态压缩强度 的因素除了与试样的应力和材料的特征尺寸有关 之外，还与加载率和时间尺度有关。因此，动态断 裂的尺寸效应问题除了空间尺度(断裂过程区长度) 外，又增加了时间尺度(孕育时间)的影响。目前国 外可查到的资料只有 Elfahal 等采用落锤对 75mm× 150mm 、 150mm×300mm 、 300mm×600mm 以 及 600mm×1200mm(直径×高度)的混凝土圆柱试样进 行了动态轴向压缩试验及有关的讨论[4―8]；他们还 利用数值方法模拟整个试验，观察到了高强度混凝 土的动态抗压强度具有依赖于时间的尺寸效应，发 现试样的尺寸效应和加载率效应对测试结果的影 响很大。但他们并没有对这两种因素各自的影响方 式进行深入的研究，在研究测试结果的尺寸效应 时，没有扣除加载率效应的影响。