【摘要】：采用動(dòng)靜組合加載實(shí)驗(yàn)裝置和數(shù)字激光焦散線實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),進(jìn)行了0、3、6、9MPa等4種壓應(yīng)力場中PMMA試件的爆破致裂實(shí)驗(yàn),分析了沿靜態(tài)主應(yīng)力方向擴(kuò)展的裂紋運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:首先,靜態(tài)豎向載荷在預(yù)制炮孔周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中,在炮孔壁上下端部處出現(xiàn)最大拉應(yīng)力;隨后,在動(dòng)態(tài)爆炸載荷的疊加作用下,裂紋優(yōu)先在炮孔壁上最大拉應(yīng)力位置處起裂,并沿最大主應(yīng)力方向擴(kuò)展;裂紋擴(kuò)展過程中,靜態(tài)豎向載荷越大,裂紋擴(kuò)展速度越大,且裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子值越大。
【圖文】：

２實(shí)驗(yàn)設(shè)備與過程２．１實(shí)驗(yàn)設(shè)備２．１．１新型數(shù)字激光動(dòng)態(tài)焦散線實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)新型數(shù)字激光動(dòng)態(tài)焦散線實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)［１５－１６］由固體激光器、擴(kuò)束鏡、場鏡、加載裝置、同步控制開關(guān)、高速數(shù)碼相機(jī)和計(jì)算機(jī)組成，如圖３所示。該系統(tǒng)的核心是采用高速數(shù)碼相機(jī)和固體激光器組成的高速攝影系統(tǒng)與焦散線實(shí)驗(yàn)方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高速?zèng)_擊（爆炸）載荷下試件動(dòng)態(tài)斷裂過程的焦散線拍攝，并利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了圖像的數(shù)字化采集。圖３新型焦散線實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)Ｆｉｇ．３Ｏｐｔｉｃａｌｓｅｔｕｐｏｆｎｅｗ－ｔｙｐｅｃａｕｓｔｉｃｓｓｙｓｔｅｍ２．１．２動(dòng)靜組合加載系統(tǒng)圖４動(dòng)靜組合加載系統(tǒng)Ｆｉｇ．４Ｓｔａｔｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｌｏａｄｉｎｇｓｙｓｔｅｍ動(dòng)靜組合加載系統(tǒng)采用自主設(shè)計(jì)的用于模擬深部巖石爆破致裂的光測力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置［１７］。該裝置由一個(gè)沿豎直單軸方向進(jìn)行加載的靜態(tài)加載裝置和爆炸加載裝置組成，如圖４所示。采用液壓千斤頂和壓力傳感器實(shí)現(xiàn)靜態(tài)加載和應(yīng)力采集；采用自主設(shè)計(jì)的藥包（疊氮化鉛），置于試件中的炮孔中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加載。２．２實(shí)驗(yàn)描述模型材料選用ＰＭＭＡ，其縱波波速ｖｐ＝２１２５ｍ／ｓ，橫波波速ｖｓ＝１０９０ｍ／ｓ，彈性模量Ｅｄ＝３．５９５ＧＮ／ｍ２，泊松比υｄ＝０．３２，，光學(xué)常數(shù)ｃｔ＝０．０８ｍ２／ＧＮ。試件幾何尺寸為３１５ｍｍ×２８５ｍｍ×１０ｍｍ。炮孔直徑６ｍｍ，位于試件中央。為研究靜態(tài)應(yīng)力場對(duì)爆生裂紋分布和動(dòng)態(tài)行為的影響，共設(shè)計(jì)了４組實(shí)驗(yàn)方案。其中，動(dòng)態(tài)加載方案保持一致，裝藥均為１２０ｍｇ

對(duì)不同階段圍壓載荷下啞鈴狀焦散斑的特征長度Ｄ進(jìn)行測量，結(jié)果見表１。當(dāng)豎向載荷為０ＭＰａ時(shí)，圓孔周圍沒有焦散斑，實(shí)驗(yàn)中在圓孔的右下方產(chǎn)生的陰影是由于受試件加工和光線與試件的夾角的影響所致。同時(shí)，依據(jù)公式（２）對(duì)不同圍壓載荷差值ｐ－ｑ下的焦散斑特征長度Ｄ進(jìn)行理論計(jì)算，結(jié)果見表１。從表１可以看出，理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好；產(chǎn)生的偏差，主要是由于高速相機(jī)像素有限帶來的測量誤差。圖５圍壓作用下炮孔周圍的焦散線Ｆｉｇ．５Ｃａｕｓｔｉｃｓｉｎｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ３．２炮孔周圍裂紋分布圖６給出了爆破后的試件照片。試件Ｓ１在單一爆破載荷作用下，炮孔近區(qū)由沖擊波作用產(chǎn)生了密集細(xì)小的裂紋；在炮孔中遠(yuǎn)區(qū)內(nèi)，形成了４條擴(kuò)展較長的主裂紋，這主要是因?yàn)楸鷼怏w的高壓射流作用于孔壁，加大裂紋尖端的拉應(yīng)力，驅(qū)動(dòng)裂紋擴(kuò)展；同時(shí)，爆炸應(yīng)力波在裂紋尖端發(fā)生反射和繞射，產(chǎn)生拉應(yīng)力波，進(jìn)一步加劇裂紋尖端的拉應(yīng)力集中，驅(qū)動(dòng)裂紋擴(kuò)展。試件Ｓ２、Ｓ３和Ｓ４上炮孔周圍裂紋分布呈明顯的規(guī)律性：只產(chǎn)生了兩條爆生主裂紋，且方向沿最大主應(yīng)力方向（豎向載荷方向），呈現(xiàn)了較好的控制爆破效果（切槽爆破和切縫藥包）。試件Ｓ２、Ｓ３和Ｓ４受靜態(tài)載荷和爆破載荷的雙重作用：在靜態(tài)豎向載荷作用下，炮孔周圍首先發(fā)生應(yīng)力集中，在最大主應(yīng)力方向的炮孔壁上產(chǎn)生拉應(yīng)力；然后，炮孔壁受爆破載荷的動(dòng)態(tài)作用，在炮孔壁上的最大拉應(yīng)力處優(yōu)先產(chǎn)生裂紋，裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展釋放了能量，間接減少了炮孔壁上其他部位裂紋的形成與擴(kuò)展。圖６爆破后的試件Ｆｉｇ．６Ｓｐｅｃｉｍｅｎｓａｆｔｅｒｂｌａｓｔｉｎｇ２６５第２期

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃鎮(zhèn)屏,李金瀛;用焦散線法測定材料的斷裂韌性[J];力學(xué)與實(shí)踐;1989年06期

2 章向明，楚昆亮;反射焦散線方法中光路放大因子λ的討論[J];海軍工程學(xué)院學(xué)報(bào);1996年04期

3 管大椿,段忷琴,楊鐘衡;用焦散線法研究C型試樣應(yīng)力強(qiáng)度因子[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1985年04期

4 雷志輝,王仁,蘇先基;動(dòng)態(tài)焦散線實(shí)驗(yàn)方法及其在斷裂力學(xué)中的應(yīng)用[J];力學(xué)與實(shí)踐;1986年01期

5 林星,楚昆亮;焦散線法與偽焦散線法相結(jié)合解彈性半平面接觸問題[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);1986年02期

6 陳日齊;周瑞忠;劉華軍;;中心裂紋矩形板順裂紋受壓時(shí)縫端強(qiáng)度因子的激光焦散線法測定[J];實(shí)驗(yàn)力學(xué);1987年01期

7 李東山,徐鑄;金屬試件二維小接觸問題的焦散線實(shí)驗(yàn)分析[J];上海力學(xué);1988年03期

8 楚昆亮,姚建初;焦散線法與應(yīng)力“解凍”法相結(jié)合分析彈性半空間接觸問題[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);1988年02期

9 趙清澄,張鋒;貼片焦散線法原理及其在斷裂力學(xué)中的應(yīng)用[J];同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào);1988年04期

10 劉承;蘇先基;;用動(dòng)態(tài)焦散線方法研究圓環(huán)在沖擊載荷作用下的破壞機(jī)理[J];實(shí)驗(yàn)力學(xué);1988年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 楊立云;楊仁樹;;數(shù)字激光動(dòng)態(tài)焦散線實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及其應(yīng)用[A];第十三屆全國實(shí)驗(yàn)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2012年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 岳中文;缺陷介質(zhì)爆生裂紋擴(kuò)展規(guī)律的動(dòng)態(tài)焦散線試驗(yàn)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)（北京）;2009年

2 楊立云;巖石類材料的動(dòng)態(tài)斷裂與圍壓下爆生裂紋的實(shí)驗(yàn)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)（北京）;2011年

本文編號(hào)：2558463