循环冲击荷载下脆性岩石疲劳特性研究

发布时间：2022-12-18 12:49

　　在工程实践中,岩石或岩体常受到循环冲击荷载的作用。然而,目前对于动荷载循环作用下岩石的疲劳损伤力学特性和破坏方式的认识还有不足,理论研究落后于工程实践。因而,对循环冲击作用下岩石的疲劳损伤力学特性及其破坏模式的研究,有重要的科学价值和工程意义。本文通过38.1mm直径的SHPB实验系统研究了岩石试样在循环冲击作用下的疲劳特性,试验包括循环压缩冲击和循环拉伸冲击两部分。循环压缩冲击试验采用由高到低共7个冲击应力进行循环冲击,得到了循环冲击的冲击应力和疲劳寿命的关系,并分析了试样在循环冲击过程中动态杨氏模量、轴向应变、吸收能量等参量的变化。通过测量每次循环冲击前后试样的轴向和径向的P波波速来反映试样内部损伤的演化情况。研究表明存在疲劳应力门槛值,且该应力门槛值介于单次冲击临界破坏应力的0.55倍到0.58倍之间。随着循环压缩冲击的作用,岩石动态杨氏模量逐渐降低,最大轴向应变逐渐增加。径向的P波波速一直衰减直到试样破坏,而轴向的波速衰减较小,甚至出现波速增加的现象。原因可能是由于循环冲击造成的微裂纹产生和发展的方向是沿着轴向的,而该方向的裂纹对于该方向的波速来说影响比较小;并且由于压缩冲击的... 

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 岩石在静态或准静态循环荷载下的力学特性研究
        1.2.2 岩石在循环动荷载下的力学特性研究
        1.2.3 循环荷载作用下岩石的损伤研究
    1.3 研究内容
第2章 SHPB实验系统介绍
    2.1 概述
    2.2 应力波基础理论
        2.2.1 弹性波控制方程
        2.2.2 两弹性杆的共轴撞击
        2.2.3 弹性波在物质界面的反射和透射
        2.2.4 弥散效应
    2.3 分离式霍普金森压杆实验技术
        2.3.1 基本原理
        2.3.2 杆中应变测试
        2.3.3 实验数据处理
        2.3.4 试样设计原则
        2.3.5 端面摩擦效应
        2.3.6 波形整形技术
    2.4 本章小结
第3章 循环压缩冲击荷载作用下花岗岩的动态疲劳特性研究
    3.1 试验方案
    3.2 试样准备
    3.3 试验设备
    3.4 试验结果
        3.4.1 临界破坏冲击应力σd
        3.4.2 循环冲击试验
    3.5 试验结果分析
        3.5.1 疲劳寿命
        3.5.2 动态杨氏模量
        3.5.3 轴向应变
        3.5.4 P波波速
        3.5.5 裂纹产生情况和破坏形式
    3.6 本章小结
第4章 循环拉伸冲击荷载作用下花岗岩的动态疲劳特性研究
    4.1 岩石材料的拉伸特性
    4.2 试验方案
    4.3 试样准备
    4.4 试验结果及分析
        4.4.1 动态劈裂强度
        4.4.2 循环冲击劈裂试验
        4.4.3 能量变化
        4.4.4 波速变化
    4.5 本章小结
第5章 循环冲击荷载下损伤的积累和演化
    5.1 损伤理论概述
    5.2 损伤变量
    5.3 循环冲击下疲劳损伤的演化
        5.3.1 压缩冲击下损伤演化
        5.3.2 拉伸冲击下疲劳损伤演化
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
硕士期间发表论文及科研情况
致谢



本文编号：3722086