冲击荷载作用下的_复合型裂纹扩展规律研究_王蒙_朱哲明_王雄

复合材料的疲劳裂纹扩展研究在现代工程领域，复合材料因其优异的性能而得到了广泛的应用。

然而，复合材料在长期承受循环载荷作用时，疲劳裂纹扩展问题成为了影响其可靠性和使用寿命的关键因素。

因此，对复合材料疲劳裂纹扩展的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学方法组合而成的一种新型材料。

其具有比强度高、比刚度大、耐腐蚀、耐高温等优点，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、体育器材等领域。

但是，由于复合材料的组织结构和性能的复杂性，其疲劳裂纹扩展行为与传统金属材料有很大的不同。

复合材料的疲劳裂纹扩展机制较为复杂。

在疲劳载荷作用下，复合材料内部会产生多种损伤形式，如纤维断裂、基体开裂、界面脱粘等。

这些损伤相互作用，共同影响着疲劳裂纹的扩展。

与金属材料的疲劳裂纹通常沿着晶界或滑移面扩展不同，复合材料中的疲劳裂纹可能会沿着纤维方向、基体内部或者纤维与基体的界面扩展，这取决于材料的组成、纤维的排布方式以及加载条件等因素。

影响复合材料疲劳裂纹扩展的因素众多。

首先是材料的组成和结构。

纤维和基体的性能、纤维的体积含量、纤维的排布方式等都会对疲劳裂纹扩展产生重要影响。

例如，高强度的纤维可以提高复合材料的疲劳性能，而纤维与基体之间良好的界面结合则有助于阻止裂纹的扩展。

其次，加载条件也是一个关键因素。

加载频率、应力比、最大应力等都会改变疲劳裂纹的扩展速率。

此外，环境因素如温度、湿度等也会对复合材料的疲劳性能产生不可忽视的影响。

为了研究复合材料的疲劳裂纹扩展，实验研究是必不可少的手段。

常见的实验方法包括恒幅疲劳实验、变幅疲劳实验和疲劳裂纹扩展实验等。

在这些实验中，可以通过测量裂纹长度随循环次数的变化来获得疲劳裂纹扩展速率。

同时，借助先进的检测技术，如 X 射线衍射、电子显微镜等，可以对疲劳损伤的微观机制进行深入分析。

在理论研究方面，已经建立了一些模型来描述复合材料的疲劳裂纹扩展行为。

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。

冲击作用下混凝土裂纹扩展试验研究及数值模拟一、研究背景混凝土是一种常见的建筑材料，广泛应用于各种建筑结构中。

然而，在受到冲击载荷作用时，混凝土易发生裂纹，裂纹的扩展会严重影响混凝土的力学性能和耐久性。

因此，研究冲击作用下混凝土裂纹扩展试验及数值模拟，对于设计更安全可靠的建筑结构具有重要意义。

二、试验研究1. 试验方法采用冲击试验机对混凝土试件进行冲击载荷作用，观察混凝土裂纹的扩展情况，并记录载荷-位移曲线，以分析混凝土的破坏过程。

2. 试验结果试验结果表明，混凝土在受到冲击载荷作用时，会出现明显的裂纹，且裂纹会随着载荷的增加而扩展。

在载荷达到一定值时，混凝土发生破坏，丧失了承载能力。

3. 试验分析通过分析试验结果，可以发现混凝土在受到冲击载荷作用时，其破坏过程是一个动态过程，裂纹扩展速度较快，载荷-位移曲线呈现出明显的非线性特征。

此外，混凝土的裂纹扩展路径也受到材料性质和试件几何形状的影响。

三、数值模拟1. 模型建立建立三维有限元模型，采用ABAQUS软件进行数值模拟。

模型采用混凝土材料本构模型，考虑混凝土的非线性和损伤性质，采用隐式动态分析方法模拟冲击载荷作用下的混凝土破坏过程。

2. 模拟结果数值模拟结果与试验结果相符合，模拟出了混凝土在受到冲击载荷作用下的裂纹扩展路径和载荷-位移曲线，分析了混凝土破坏的机理。

3. 模拟分析通过数值模拟，可以进一步分析混凝土在受到冲击载荷作用下的破坏机理。

模拟结果表明，混凝土的裂纹扩展路径与试件几何形状和材料性质密切相关，混凝土的损伤程度也随着载荷的增加而增加。

此外，模拟结果还可以用于优化设计建筑结构，提高其抗冲击承载能力。

四、结论通过试验研究和数值模拟，可以全面深入地了解混凝土在受到冲击载荷作用下的破坏机理和裂纹扩展规律，为设计更安全可靠的建筑结构提供科学依据。

复合材料疲劳裂纹扩展行为研究在现代工程领域，复合材料因其优异的性能而得到广泛应用。

然而，疲劳裂纹扩展行为是影响复合材料使用寿命和可靠性的关键因素之一。

对复合材料疲劳裂纹扩展行为的深入研究，对于保障结构的安全性和耐久性具有重要意义。

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学方法组合而成的。

与传统单一材料相比，复合材料具有高强度、高刚度、良好的耐腐蚀性等优点。

但正是由于其复杂的成分和结构，使得疲劳裂纹的扩展行为更为复杂。

疲劳裂纹的产生通常源于材料内部的微观缺陷、制造过程中的残余应力或者在使用过程中的外部载荷作用。

在复合材料中，这些因素的相互作用使得裂纹的萌生和扩展机制变得多样化。

例如，纤维增强复合材料中的纤维与基体之间的界面性能、纤维的分布和取向等都会对疲劳裂纹的扩展产生显著影响。

研究复合材料疲劳裂纹扩展行为的方法多种多样。

实验研究是其中最直接和有效的手段之一。

通过对标准试样进行疲劳加载实验，可以获得裂纹扩展速率与应力强度因子范围之间的关系曲线。

在实验中，需要精确控制加载条件、测量裂纹长度的变化，并记录相关的数据。

同时，借助先进的观测技术，如电子显微镜、X 射线衍射等，可以对裂纹扩展过程中的微观结构变化进行详细分析。

除了实验研究，数值模拟方法也在复合材料疲劳裂纹扩展研究中发挥着重要作用。

有限元方法、边界元方法等可以建立复合材料的微观或宏观模型，模拟疲劳裂纹的扩展过程，并预测其寿命。

这些数值方法能够考虑材料的非均匀性、各向异性等特性，为深入理解裂纹扩展机制提供了有力的工具。

在研究复合材料疲劳裂纹扩展行为时，还需要考虑环境因素的影响。

例如，温度、湿度等环境条件会改变材料的性能，从而影响疲劳裂纹的扩展速率。

此外，加载频率、加载波形等加载条件也会对裂纹扩展行为产生不同程度的影响。

对于不同类型的复合材料，其疲劳裂纹扩展行为也存在差异。

例如，碳纤维增强复合材料和玻璃纤维增强复合材料在纤维类型、强度和刚度等方面有所不同，导致它们在疲劳性能上表现出各自的特点。

SHPB冲击加载下四种岩石的复合型动态断裂实验研究
倪敏;汪坤;王启智
【期刊名称】《应用力学学报》
【年(卷),期】2010(0)4
【摘要】分别用绿砂岩、黄砂岩、灰砂岩、大理岩制作了三种几何相似的
(φ80mm、φ122mm、φ155mm)中心直裂纹平台巴西圆盘(CSTFBD)试样;利用分离式霍普金森压杆加载,进行了I型和I-II型复合动态断裂实验,并由实验结合有限元分析得到了四种岩石材料的I、II型动态断裂韧度KId、KIId。

研究表明:动态断裂韧度均存在尺寸效应,试样尺寸对I-II型复合比和纯II型加载角均会产生影响,复合比随尺寸的增大而减小,大尺寸试样II型加载的加载角比小尺寸试样的小。

同时,由于负值的T应力显著减小了裂纹的起裂角,用广义最大拉应力准则预测的起裂角更符合实验结果。

【总页数】6页(P697-702)
【关键词】中心直裂纹平台巴西圆盘;分离式霍普金森压杆;动态断裂韧度;复合型动态断裂;广义最大拉应力准则
【作者】倪敏;汪坤;王启智
【作者单位】四川大学
【正文语种】中文
【中图分类】O346
【相关文献】
1.冲击加载下的砂岩动态断裂全过程的实验和分析 [J], 李炼;杨丽萍;曹富;王启智
2.用SHPB径向冲击边裂纹平台圆环(ECFR)的动态断裂实验 [J], 张财贵;周妍;杨井瑞;王启智
3.SHPB冲击技术在岩石动态力学教学实验中的应用 [J], 于洋;徐倩;耿大新;刁心宏
4.复合型加载条件下PMMA断裂行为的实验研究 [J], 董世明;周君;汪洋;夏源明
5.加载速率对岩石动态断裂韧度影响的实验研究 [J], 李战鲁;王启智
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第 34 卷 第 12 期 2015 年 12 月岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and EngineeringVol.34 No.12 Dec.，2015岩石 I–II 复合型裂纹动态扩展 SHPB 实验 及数值模拟研究王 蒙，朱哲明，谢 军(四川大学 能源工程安全与灾害力学教育部重点实验室，四川 成都 610065)摘要：为了研究 I–II 复合型裂纹动态扩展问题及裂纹止裂问题，侧开单裂纹半孔板(single cleavage semi circle compression，SCSCC)试样采用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统进行冲击，完成 SCSCC 试样 I–II 复合型裂 纹动态断裂实验，并针对实验进行数值分析，研究其扩展路径。

为了验证数值模拟的可靠性，不仅进行有限尺寸 中心裂纹板受冲击拉伸作用的动态有限差分法分析，而且在对 SHPB 实验进行数值分析后，将模拟监测点应变值 与实验中入射杆应变片测得的应变值进行比较。

结果表明：(1) 验证分析中应力强度因子结果与其他测试的结果 比较吻合，同时，模拟监测点记录下的应变值与 SHPB 实验中入射杆应变片记录下的应变数据相比较，两者吻合 程度很高，说明使用数值方法模拟 SHPB 实验的可行性；(2) 数值模拟的裂纹扩展路径与 SHPB 实验裂纹扩展路 径基本吻合；(3) SCSCC 试件在扩展过程中，裂纹尖端存在短暂停留现象，并最终朝着试件中轴线方向(最大应力 区)移动；(4) SCSCC 试件是一种便于研究裂纹动态扩展问题的构型，可以有效地求解不同复合程度的 I–II 复合 型裂纹问题，为后续的止裂研究提供基础。

关键字：岩石力学；复合型动态断裂扩展；SHPB 实验；Autodyn 软件；侧开单裂纹半孔板 中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2015)12–2474–12EXPERIMENTAL AND NUMERICAL STUDIES OF THE MIXED-MODE I AND II CRACK PROPAGATION UNDER DYNAMIC LOADING USING SHPBWANG Meng，ZHU Zheming，XIE Jun(College of Architecture and Environment，Sichuan University，Chengdu，Sichuan 610065，China)Abstract：In order to investigate the problem of rock fracture propagation and arrest under mixed-mode I and II dynamic loading，single cleavage semi-circle compression(SCSCC) plate specimens of sandstone were subjected to dynamic impact by a split Hopkinson pressure bar(SHPB). Numerical simulations were used to study the fracture propagation path under mixed mode dynamic loading. In order to verify the reliability of the numerical simulation，dynamic finite difference analysis was applied to a finite plate with a central crack subjected to impact tension at the boundary. For the SHPB tests，the measured strain at the incident bar was compared with the strain obtained from the numerical simulation. The results show that：(1) The numerical model produced outcomes that are consistent with published results. The strain values at the incident bar from numerical simulations and收稿日期：2014–01–05；修回日期：2015–03–18 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51074109)；四川省科技计划项目(2014JY0002)；西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室资助项 目(PLN1202) Fund projects：the National Natural Science Foundation of China(51074109)；the Project of Science and Technology of Sichuan Province(2014JY0002)；the Open Fund of State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University(PLN1202) 作者简介：王 蒙(1987–)，男，2010 年毕业于四川大学工程力学专业，现为博士研究生，主要从事岩石力学方面的研究工作。

冲击作用下静止裂纹与运动裂纹相互作用的试验研究杨仁树;苏洪;龚悦;邱鹏;付晓强;张士春【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2018(037)008【摘要】为了研究静止裂纹与运动裂纹相互作用机制,采用数字激光动焦散系统进行了含不同长度预制裂纹的冲击试验.试验结果表明:竖向主裂纹起裂时的应力强度因子和起裂时间均随水平主裂纹长度增加逐渐减小,水平主裂纹长度越长竖向主裂纹更易起裂;竖向主裂纹朝水平主裂纹扩展阶段,其翼裂纹的应力强度因子均值和扩展速度峰值、均值均随着水平主裂纹长度增加而降低;翼裂纹与水平主裂纹汇聚后,在水平主裂纹停滞的时间和水平主裂纹起裂时的应力强度因子均随着水平主裂纹长度增加呈现先减小后增大趋势.【总页数】6页(P107-112)【作者】杨仁树;苏洪;龚悦;邱鹏;付晓强;张士春【作者单位】中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京100083;安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南232001;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD2【相关文献】1.不同倾角预制裂纹缺陷与运动裂纹的相互作用 [J], 岳中文;宋耀;王煦;李明洋;李明林2.冲击荷载下Ⅰ型裂纹与圆孔缺陷相互作用 [J], 李清;张随喜;彭阳;王晓东;陶雨;于强3.热载荷下热障涂层表面裂纹-界面裂纹的相互作用 [J], 赵凯;陈智;贾文斌;黄红梅;方磊;周柏卓4.SH波与功能梯度材料静止裂纹的相互作用 [J], 陈晓岚;毕贤顺;程靳5.冲击荷载下运动裂纹与空孔相互作用的焦散线试验研究 [J], 骆浩浩;张渊通;左进京;李成孝;李炜煜因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

复合结构中的裂纹扩展与修复技术研究复合结构中的裂纹扩展与修复技术研究摘要：复合材料在航空航天、汽车、船舶和建筑等领域中得到了广泛的应用，然而，由于其特殊的组织结构和性能特点，复合结构在使用过程中容易出现裂纹的问题。

针对这一问题，本文将对复合结构中的裂纹扩展与修复技术进行研究，探讨其原理、方法和应用。

引言复合材料是由纤维增强基体和粘合剂组成的复合材料，具有优异的力学性能和轻质化特点。

然而，由于其特殊的组织结构和性能特点，复合结构在使用过程中容易出现裂纹的问题，严重影响了其使用寿命和性能。

因此，对复合结构中的裂纹扩展与修复技术进行研究具有重要意义。

复合结构中裂纹的扩展机理复合结构中裂纹的扩展机理主要包括拉伸、剪切和剥离三种方式。

在这三种方式中，拉伸是最常见的裂纹扩展方式，其原因主要是由于复合材料的纤维增强基体在受力过程中容易出现断裂。

剪切和剥离则是由于粘合剂层与纤维增强基体之间的粘结力不足而造成的。

复合结构中裂纹的修复方法目前，常见的复合结构裂纹修复方法主要包括机械修复、热修复和化学修复三种方式。

机械修复是指通过机械手段将裂纹两侧的材料连接在一起，以恢复其完整性和强度。

热修复是指通过加热和压力的作用，使裂纹两侧的材料在高温下熔融并重新结合。

化学修复则是通过注入特定的化学物质，使其在裂纹处发生化学反应，并形成一种具有粘结能力的材料。

复合结构中裂纹的修复技术研究进展近年来，随着科学技术的不断发展，复合结构中的裂纹修复技术也取得了一定的进展。

例如，研究人员通过改变纤维增强基体的结构和性能，提高了复合结构的抗裂性能。

同时，他们还利用纳米材料和纳米技术，开发了一系列新型的裂纹修复材料和修复技术，有效地提高了复合结构的修复效果。

复合结构中裂纹修复技术的应用前景复合结构中的裂纹修复技术具有广阔的应用前景。

一方面，修复技术可以有效地延长复合结构的使用寿命和性能，降低维修成本。

另一方面，它还可以为航空航天、汽车、船舶和建筑等领域的发展提供新的技术支持。

冲击作用下混凝土裂纹扩展机理研究引言混凝土作为一种广泛使用的建筑材料，在应用中经常会遭受到冲击载荷的作用，因此，对于混凝土在冲击载荷下的裂纹扩展机理进行研究是非常有必要的。

本文将介绍冲击载荷下混凝土的裂纹扩展机理及其影响因素。

一、冲击载荷对混凝土的影响冲击载荷在混凝土中的作用是使混凝土内部出现应力集中，从而导致混凝土内部出现裂纹。

在冲击载荷作用下，混凝土会出现变形，其应变速率比静态载荷作用下要大很多。

而且，冲击载荷作用下混凝土内部应力的分布状态与静态载荷作用下有很大的不同。

二、混凝土裂纹扩展机理1. 裂纹产生混凝土裂纹的产生是由于混凝土内部出现应力集中，从而导致混凝土内部出现裂纹。

裂纹产生的位置一般是在混凝土内部的缺陷处、混凝土与钢筋之间的界面或者混凝土内部的空洞处。

2. 裂纹扩展混凝土裂纹的扩展是指在裂纹产生后，由于外部载荷的作用，混凝土内部的裂纹会不断扩展。

裂纹扩展的速度与载荷的大小、载荷的作用时间、混凝土的强度和断裂韧度等因素有关。

3. 断裂当混凝土内部裂纹扩展到一定程度时，混凝土就会发生断裂。

断裂是指混凝土内部的应力已经超过了其承受能力，从而导致混凝土内部的断裂。

三、影响混凝土裂纹扩展的因素1. 混凝土的强度和断裂韧度混凝土的强度和断裂韧度是影响混凝土裂纹扩展的重要因素。

强度越高、断裂韧度越大的混凝土，裂纹扩展的速度越慢，反之亦然。

2. 外部载荷的大小和作用时间外部载荷的大小和作用时间对混凝土裂纹扩展的影响也非常大。

载荷越大、作用时间越长，混凝土内部的应力集中程度越大，从而裂纹扩展速度越快。

3. 裂纹的方向和形态裂纹的方向和形态也会对混凝土裂纹扩展产生影响。

一般来说，裂纹的方向越接近混凝土的强度方向，裂纹扩展的速度就越慢。

裂纹的形态也会影响裂纹扩展的速度，如果裂纹的形态比较复杂，裂纹扩展的速度就会比较慢。

结论本文对冲击载荷下混凝土的裂纹扩展机理进行了简要介绍，并分析了影响裂纹扩展的因素。