导读:本文包含了动态断裂力学论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:股骨骨折,力学过程,有限元分析,组织工程
动态断裂力学论文文献综述
郑利钦,林梓凌,李鹏飞,陈心敏,孙文涛[1]（2019）在《动态载荷下松质骨对骨质疏松性股骨颈骨折断裂力学影响的有限元分析》一文中研究指出背景:目前髋部骨折有限元模型亦多简化为实心的、线性或非线性的各向同性材料,对髋部骨折的有限元分析多基于静态载荷下的应力分布来预测骨折发生的部位,然而在静态下,骨折发生的确切起点及骨质断裂过程仍然无法客观模拟及观测。目的:探究动态载荷下松质骨对股骨颈骨折的影响及生物力学机制。方法:选取1名健康志愿者的原始股骨CT数据,在Mimics创建叁维模型后在Hypermesh中重建为简化的实心模型、仅包含皮质骨的空心模型、含松质骨及主要应力骨小梁的仿真股骨近端模型,并分别赋予材料属性、参数,设置载荷时间函数为F=2 500 t,t≤2 s(单位:MPa),方向与冠状面、矢状面、水平面均呈30°,边界条件设置为大转子与股骨干固定,导出求解文件并在LS-DYNA运算,在Hyperview中观察骨折过程并记录裂纹起始点、时间、应力变化等结果。结果与结论:(1)实心模型的起始裂纹在股骨颈后外侧,空心模型与仿真模型则起始于股骨颈内下方,仿真模型的起始裂纹小于实心模型、空心模型;(2)3种模型皮质骨断裂时的最大应力均分布在股骨颈后外侧,空心模型与仿真模型的应力分布较实心模型更广泛分布于转子间区域;(3)实心模型起始裂纹靠近最大应力区的中央,而空心模型与仿真模型的起始裂纹位于最大应力区的边缘,靠近股骨颈的内下方;(4)3种骨折模型均发生了嵌插,其中实心模型的骨折线较单一且平整,空心模型与仿真模型的骨折线较粗糙,并延伸至转子间,且骨折成角较实心模型大;(5)各模型在断裂时刻的应力最大,后下降,最大值见于实心模型,仿真模型的最大应力下降趋势最平缓及压力与张力侧的波动最对称;(6)结果提示,在抵抗骨折裂纹扩展中松质骨与皮质骨可能起协同作用。(本文来源于《中国组织工程研究》期刊2019年12期）
武星星[2]（2018）在《冲击载荷下钢纤维混凝土梁的动态断裂力学行为》一文中研究指出混凝土作为建筑材料因其优良的性能广泛运用于军事、工业和民用建筑中,但抗拉强度远远小于抗压强度造成结构构件的裂缝和耐久性问题又限制了混凝土材料的进一步发展。为改善混凝土材料的裂缝问题,本文以水泥基材料为基础,通过分别添加氧化石墨烯和钢纤维的方法,制备氧化石墨烯巴西圆盘试件和钢纤维混凝土梁试件,系统研究了添加不同材料混凝土的断裂力学性能,主要工作如下:制备普通水泥砂浆和含0.03wt%氧化石墨烯水泥砂浆两种材料,制成中心直裂纹和不同倾角裂纹形式的巴西圆盘试件。对其进行准静态加载下的巴西圆盘劈裂试验,给出了试件的间接抗拉强度和纯I型、纯II型以及I-II混合型断裂韧性。氧化石墨烯纳米片层对水泥砂浆具有明显的增强作用,添加掺量为0.03wt%氧化石墨烯水泥砂浆抗压强度提高了34.12%,间接抗拉强度提高了18.96%,纯I型断裂韧性提高了20.09%,纯II型断裂韧性提高了12.07%,对I-II混合型断裂韧性提高了12.27%。制备含体积率为1%的预制缺口钢纤维混凝土梁试件,利用DHR-9401落锤冲击试验机对混凝土梁试件进行叁点弯试验,并结合DIC全场应变测量系统,分析了五种不同冲击速度下试件的变形模式和断裂形态。结果表明:冲击力峰值和断裂能均随着冲击速度的增大而增大;落锤冲击高度为10~40mm时,所有试件均未完全断裂,裂缝面的纤维均为拉拔破坏,并无单个纤维断裂现象;落锤冲击高度达到80mm时,裂缝沿着预制缺口方向快速向上扩展,直接劈断为两部分;落锤冲击下,裂缝开裂速度量级为百米/秒。相同的冲击速度下,开裂速度逐渐减小,而在不同冲击速度下,试件主裂纹的扩展速度并无明显的变化。采用数值模拟的方法,对跨中添加定向钢纤维的混凝土梁试件在不同冲击速度下的动态响应进行数值模拟分析,通过与落锤冲击试验结果进行比对,验证有限元模型的合理性,在此基础上研究了混凝土的强度,钢纤维的含量对钢纤维混凝土梁断裂性能的影响,同时与传统素混凝土的断裂性能进行了对比分析。结果表明:相同的冲击速度下,混凝土梁冲击力峰值的大小与混凝土强度等级有关,混凝土强度越高,冲击力峰值越大;钢纤维体积率(含量分别为1%、2%和4%)对混凝土梁的冲击力峰值影响较小;在相同的冲击速度下,含钢纤维混凝土梁的冲击力峰值和断裂能均大于素混凝土梁,表明在混凝土梁中添加钢纤维可以明显改善混凝土梁试件的断裂性能,对试件的裂缝扩展具有一定的抑制作用。(本文来源于《太原理工大学》期刊2018-05-01）
薛耀东[3]（2018）在《冲击载荷下含缺陷梁—柱试件动态断裂力学特性试验研究》一文中研究指出近年来房屋建筑朝着结构平面布局多样化发展,这就对结构的承重模式以及传力途径提出了更高要求。梁,柱作为结构中的基本构件,对建筑物强度有着重要影响。节点作为重要部位将梁,柱连接到一起,协同发挥作用。目前,对节点的拟静力加载开展了较多研究。但是,梁柱节点在服役过程中可能要承受诸如爆炸载荷、冲击载荷等动载荷的作用,动载荷作用下不只要考虑强度的影响,还需要考虑惯性力以及材料性能的影响,结构受力情况较为复杂。实际使用过程中,大部分结构都还带有损伤,含损伤结构的动态响应更应引起关注。因此,需要开展冲击载荷下,含预制裂纹的梁-柱节点的动态断裂研究。针对不同的节点形式,在不同位置,不同裂纹数目,不同边界条件情况下,采用理论分析,数值模拟,实验室实验对节点试件的动态断裂力学特性开展研究。研究成果具有理论意义和工程实际指导价值。(1)采用MTS多功能试验机和透射式高速摄像机试验系统,获得了含预制裂纹的T型、两种门式梁-柱试件的准静态加载断裂力学特性。柱端含有预制裂纹的T型梁柱试件承载力最小;对于梁端,柱端均含有预制裂纹的试件,梁端裂纹并未起裂,柱端裂纹起裂破坏,与只在梁端含有预制裂纹的试件承载力相差不大。裂纹扩展路径较为平直,裂纹扩展轨迹的改变(曲裂)不明显。速度的振荡变化小于动态破坏,柱端裂纹在扩展过程中发生曲裂时,速度逐渐减小为0。对于门式试件,梁底部裂纹对承载力起到了“卸压”作用,底部裂纹先起裂,扩展裂纹并未贯通试件。对于在梁端,柱端含有预制裂纹的试件,梁,柱端裂纹的起裂滞后于梁底部裂纹的起裂;梁裂纹以及柱裂纹扩展过程中发生曲裂并且快速止裂。加载-位移曲线出现叁次加-卸载过程,加载过程曲线斜率递减,说明裂纹起裂后,结构的承载力逐渐降低。柱端含有预制裂纹的试件承载力最大值为1.9kN,较梁端含有预制裂纹的试件承载力高36%。梁底部不含预制裂纹门式试件承载力的最大值较梁底部含有预制裂纹试件大幅提高;梁端含有斜裂纹试件卸载过程表现出“塑性”特征,断裂面较粗糙,承载力最大;柱端含有斜裂纹以及梁,柱均含有斜裂纹的试件出现了两次加-卸载过程;梁,柱均含有直裂纹的试件在第二次卸载过程中表现出“塑性”特征。裂纹扩展轨迹满足四次多项式拟合曲线,预制裂纹为直裂纹的试件断裂时受剪力影响较小。(2)采用透射式数字激光焦散线系统,对内部预制单一裂纹、单一偏置裂纹、多裂纹等不同缺陷类型试件进行了冲击断裂试验;结合数值模拟,揭示了应力波与梁内部缺陷相互作用过程以及运动裂纹的扩展规律。梁内部裂纹位于对称轴处时,裂纹下端先起裂,裂纹上端后起裂。裂纹下端贯穿试件激发的卸载应力波使裂纹上端应力强度因子显着增加,加快了上部裂纹的起裂、扩展。随着裂纹到试件下边界距离增加,裂纹上、下端扩展速度差值逐渐减小,裂纹上端应力强度因子最大值逐渐增加。对于同一偏置距离,裂纹到梁下边界距离大的试件,裂纹上、下端的起裂角均较大;到梁下边界距离相同,偏置距离大的裂纹,裂纹起裂时的起裂角较大,实验结果与理论计算结果基本一致;对于内部裂纹偏置距离相同的试件,上端裂纹扩展速度大的试件,则下端裂纹扩展速度较小。“空孔”能够显着增加试件二次起裂韧度,增幅超过100%,二次起裂后裂纹扩展速度大幅增加;内部含有不对称纵向裂纹的试件易起裂,距冲击加载头较近的一端起裂,断裂韧度较小;含对称裂纹的试件,两端都起裂,且二次起裂韧度略小于第一次起裂韧度。试件内含有两条裂纹时,对称轴处裂纹先起裂;两条裂纹均偏置,裂纹均起裂,裂纹下端贯穿试件促进上端裂纹的扩展。主裂纹下端扩展轨迹会偏向次裂纹下端扩展轨迹;次裂纹上端裂纹扩展偏向主裂纹上端扩展形成的新表面。(3)采用透射式数字激光焦散线系统,对梁端含有不同位置、不同倾斜角的预制裂纹以及柱端含不同倾角预制裂纹的悬臂梁-柱试件进行冲击实验,得到预制裂纹扩展轨迹、裂纹扩展速度、裂尖应力强度因子等动态断裂力学参量演化规律。含单一垂直边裂纹的悬臂梁试件,裂纹扩展过程中,拉应力起主要作用,断裂模式为I型;具有斜裂纹试件的断裂模式为Ⅰ-Ⅱ复合型。梁端斜裂纹使得裂纹扩展过程中速度、加速度振荡性增强。直裂纹能量积累过程较短,先于含单一倾斜边裂纹悬臂梁构件达到动态断裂韧度,扩展路径较为平直。预制裂纹距节点核心区距离增加,预制裂纹起裂时间缩短,断裂模式逐渐由拉伸断裂向斜拉断裂转变,裂纹贯通点与预制裂纹的水平距离逐渐增加,曲裂程度增大;裂纹扩展的平均速度减小,裂纹从起裂到贯穿所需时间增加;试件断裂时K_Ⅰ~d值逐渐减小,K_Ⅱ~d值逐渐增加,试件平均扩展韧度逐渐减小。裂纹到节点核心区距离为32mm时,复合断裂特征最明显。对节点核心区附近含微裂纹的结构,应在其扩展路径上采取加固措施,抑制动态裂纹的扩展。柱端含不同角度预制裂纹试件的断裂模式均是Ⅰ-Ⅱ复合型。随着预制裂纹角度增加,能量在裂尖积累的越慢,裂纹起裂所需时间较长,裂纹扩展曲裂程度增大。斜裂纹对速度影响较大,预制裂纹倾斜角度增加导致扩展速度的最大值、平均值均增加。倾斜裂纹使得试件起裂时的K~d_(ⅠC)减小,K~d_(ⅡC)增加,剪应力比重增加。(4)采用动焦散线方法,研究了不同型式T型梁-柱试件支承条件、预制裂纹位置、数目的改变对裂纹起裂韧度、扩展速度、裂尖应力强度因子变化规律的影响。采用超动态应变仪和CEEMD波形去噪方法得到T型梁-柱试件的应力场分布特征。在应力波作用下靠近加载头的梁端裂纹易起裂,在反射拉伸波作用下,梁柱交点处形成应力集中,裂纹扩展。对梁的一侧自由端施加约束,位于柱端的裂纹较难起裂,裂纹短暂扩展后很快止裂;远离加载头一侧梁端以及柱端含有裂纹的试件,两条裂纹均起裂,梁端裂纹的起裂,促进了柱裂纹的扩展,二者速度交替变化,梁裂纹扩展轨迹偏向柱裂纹形成的断裂面。在梁的一侧自由端施加约束,含有不同数目裂纹的试件表现出不同的断裂特征:在两个梁端以及柱端含有预制裂纹的试件,靠近加载点的梁裂纹起裂;只在梁端含有裂纹的试件断裂后,由于冲击引起试件的振荡变形,梁柱交点处形成扩展裂纹,呈“C”字形在核心区扩展。含内部裂纹的T型试件,应力集中程度大的一端先起裂,扩展贯通后,裂纹另一端起裂。在卸载应力波的作用下,后起裂的裂纹尖端应力强度因子大幅提升,提升幅度最大为166%。含有两条内部裂纹的试件,后起裂的裂纹对先前扩展裂纹的速度,扩展轨迹都有较大影响。下部柱边界条件的改变对倒T型试件预制裂纹扩展轨迹有较大影响。上端固支、下端铰支时,上部柱裂纹起裂扩展,在梁柱核心区内发生曲裂,扩展速度较小;上、下端均固支时,柱裂纹没有起裂,梁柱交点处形成应力集中,试件断裂,裂纹扩展过程中,速度的振荡变化较小。上部边界条件的变化影响下部柱含有裂纹试件的断裂,上端没有约束时,含有柱裂纹的试件在柱裂纹以及梁柱交点处均起裂。倒T型试件裂纹数目变化,试件的断裂形态存在差异。梁端含有裂纹的试件,梁端裂纹起裂;梁端不含裂纹,梁柱交点处起裂扩展。随着裂纹数的增加,在结构破坏过程中,结构的不稳定性增强,速度振荡变化增加。含有多裂纹的试件,每条裂纹尖端都会形成应力集中,随着梁端或者梁柱交点处起裂,其他裂纹尖端应力集中消失。柱端含有预制裂纹的试件动态应力场分布有以下规律:水平方向,关于梁中性轴对称的点,受力对称,拉-压应变幅值基本相等;梁上侧受拉,梁中部应变>节点内应变;梁下侧,随着到核心区距离减小,应变完成从拉到压的转变。竖直方向,加载头下方的应变片变化特征明显,能够反映应力波的变化规律。含有两条预制裂纹的试件应力场分布有以下规律:水平方向,关于中性轴对称的两点一侧受拉,另一侧受压。到梁柱核心区距离减小,两应变片的差值逐渐减小。竖直方向,加载头下方应变片拉,压特征明显,受应力波的影响最为显着。梁中部受力方向相反,应变幅值基本相等,节点核心区内一侧受拉,另一侧受扩展裂纹的影响,处于拉-压变化应力场中。(5)采用动焦散线实验方法,得到了对称梁-柱试件冲击断裂力学特性;采用超动态应变仪对梁底部含预制裂纹的门式试件与H型试件进行超动态应变测量,得到冲击断裂试件应力场分布规律。冲击应力波作用下,对梁底部含预制裂纹的门式试件,梁底部裂纹最先起裂;其次梁端裂纹,柱端裂纹起裂。梁端、柱端均含裂纹的试件,柱端裂纹形成应力集中,但未起裂。随着预制裂纹数的增加,梁端,柱端裂纹扩展的平均速度逐渐减小,速度振荡变化增强。梁底部不含有预制裂纹的门式试件,裂纹起裂时间显着增加。只在梁端或者柱端含有预制裂纹的试件,梁柱交点处先起裂,完全扩展后,梁端或者柱端裂纹扩展。梁端,柱端均含有裂纹的试件,柱端裂纹先起裂,在扩展到柱中部时,裂纹止裂,梁柱交点处裂纹起裂,完全扩展后,柱中裂纹继续扩展,且梁端裂纹也开始扩展,梁裂纹扩展韧度大于柱裂纹。含有内部裂纹的门式试件,内部裂纹位于梁端时,梁柱交点处首先起裂,扩展至梁上边界时,梁内部裂纹上端起裂。30μs后裂纹贯通试件,激发的“卸载”应力波增大了下端裂纹应力强度因子,裂纹下端起裂韧度为1.85MN/m~(3/2)。柱内部含有裂纹的试件,柱内裂纹并未起裂,在梁柱交点处扩展形成两条对称裂纹。梁底部含有预制裂纹的H型梁-柱试件,梁底部裂纹先起裂,之后梁端裂纹起裂;柱端含有裂纹的试件,梁柱交点处先于柱裂纹起裂;梁端,柱端均含有预制裂纹的试件,梁底部裂纹起裂后,梁端裂纹起裂、扩展,柱端裂纹最后起裂,梁端扩展裂纹在梁柱交点处受到压应力作用,裂纹止裂。在这段时间柱端裂应力强度因子显着增加,增幅为33%。裂纹的起裂时刻与裂纹数目紧密相连,裂纹多的结构易破坏,稳定性弱。裂纹数目、位置对上部柱含有裂纹的H型试件的动态断裂有较大影响。梁底部、上部柱含有裂纹的试件,只有梁底部裂纹扩展。下部柱含有预制裂纹的试件,由于下部柱裂纹的扩展,结构的稳定性降低,上部柱裂纹在梁-柱核心区内扩展。梁端、上部柱、下部柱均含有预制裂纹的试件,梁端裂纹,下部柱裂纹起裂,裂纹扩展平均速度较小。裂纹扩展到梁柱节点处速度逐渐减小,裂纹止裂;裂纹二次起裂后,扩展速度小于第一次裂纹扩展速度。研究了只在节点含有预制裂纹的H型试件的动态断裂特性。含梁端裂纹试件扩展过程中,裂纹逐渐出现分叉,主裂纹尖端的应力强度因子减弱,主裂纹扩展速度减小,次裂纹扩展一段时间后消失。含柱端裂纹的试件,柱端裂纹未起裂,梁柱上交点处裂纹起裂,在核心区内扩展,贯通于梁柱下交点处。分叉裂纹导致主次裂纹扩展速度均下降。内部含裂纹的试件破坏机制与含有边裂纹的试件存在较大不同,应力波作用下,含边裂纹试件只有一个裂纹尖端,应力波作用下,裂尖起裂;而对于试件内部裂纹,应力波同时与两个裂纹尖端相互作用,产生应力集中。这种能量的分散造成了含有内部裂纹的试件起裂所需时间较长。距边界较近的裂纹尖端应力集中程度较大,容易开裂,先扩展的裂尖对起裂较晚的裂尖扩展起到了促进作用。对梁底部含有预制裂纹的门式试件进行超动态应变测试。柱端含有预制裂纹的试件应变具有以下规律:梁底部裂纹在起裂时刻拉应变达到最大值1320με;到加载点距离增加,梁上、下侧应变逐渐减小,核心区内受力状态对称。梁端含有预制裂纹的试件水平方向动态应力场有以下分布规律:梁底部裂纹受拉应力,靠近加载头处先受压应力,由于反射波的影响,逐渐受拉;梁端裂纹附近先受拉后受压。梁底部含有预制裂纹的H型梁柱试件应力场分布具有以下规律:水平方向,梁底部裂纹附近拉应力作用强烈,梁柱下交点处压应力较大,节点核心区内受力对称。随着梁底裂纹的扩展,靠近加载头处压应变逐渐转变为拉应变,梁端裂纹处由受拉逐步变为受压。竖直方向,距加载点较近处受较强的压应力,梁底裂纹加载初期受压,随后逐步受拉。梁端含有预制裂纹时,上部柱内、外侧应变变化趋势一致,外侧应变值略大于内侧;下部柱内、外侧受力状态相反,柱内侧压应变幅值较大。(本文来源于《中国矿业大学(北京)》期刊2018-04-17）
龚爽[4]（2018）在《冲击载荷作用下煤的动态拉伸及Ⅰ型断裂力学特性研究》一文中研究指出煤的动态拉伸及断裂特性包括煤的抗拉特性和I型断裂韧度特性,以及煤在变形破坏过程中的变形、强度和能量耗散规律,该类力学指标对于煤岩稳定性控制、巷道支护和冲击地压防治等均具有重要意义。本文综合运用理论分析、实验室试验和数值模拟等手段,对冲击载荷下含层理煤岩的动态抗拉及I型断裂特性、破断过程中裂纹扩展特征和能量耗散规律,以及各种影响因素之间的关系开展了系统研究。主要内容和结论性成果如下:(1)基于热力学和统计物理理论,对岩石类材料中的微裂纹演化及成核过程进行了理论探讨,得到缺陷生长速度为v=v_0exp[-(U-βσ)/(kT)],并分析了岩石破裂成核的分形特征。根据断裂力学理论,采用K-M应力函数和威斯特嘎德(Westergaard)函数计算得到含I型裂纹无限大板应力场分布,以及含I型裂纹无限大板位移场分布和裂纹端部的应力和位移解析解。从微观和宏观两个尺度对以往岩石类材料的动态断裂准则进行了总结综述,归纳了基于微观力学的岩石率响应本构模型以及岩石类材料的宏观断裂准则。总结得出冲击载荷作用下岩石中裂纹起裂的叁类判据:最大应力强度因子判据、最短时间判据和最小作用力判据。建立了煤体预裂爆破的断裂动力学模型,运用最大应力强度因子判据得到炮孔内爆炸临界准静态压力为K_(I d)/(πaf(a/r))~(1/2)。(2)为研究准静态加载条件下煤的抗拉及I型断裂性能,采用巴西圆盘劈裂法和半圆弯拉法对煤样进行抗拉性能对比测试;并开展不同切缝深度的半圆弯拉煤样I型断裂性能测试分析,探讨平面应变断裂韧度K_(IC)和J积分断裂韧度对评价煤的I型断裂性能的适用性,对比分析了两种评价方法对断裂韧度测试结果的影响;并结合CT扫描技术对煤样的裂纹分布特征进行了研究。结果表明:半圆弯拉试验更适于测定煤的抗拉强度;当量纲归一化的切缝深度β=0.28时半圆弯拉煤样平面应变断裂韧度K_(IC)离散度最小;煤样的J积分断裂韧度离散度更小,且更适用于评价煤的I型断裂性能。(3)利用SHPB冲击试验方法对煤的动态抗拉力学性能开展研究,讨论了冲击速度、煤中层理及饱和含水叁种因素对煤动态抗拉力学特性的影响,分析了不同因素影响下煤样在冲击变形破坏过程中的能量耗散规律等。研究表明:自然干燥和饱水煤样动态抗拉强度测试值随着冲击速度、应变率和加载率的增大而不断增加。饱和含水煤样相比自然干燥煤样发生较大的峰后变形,并且其动态抗拉强度比自然干燥煤样更大,推测是由于史蒂芬效应(Stefan Effect)所致。当煤样层理面与冲击荷载作用方向成一定夹角时,最终破断模式为拉伸破坏与剪切破坏相耦合伴生。和冲击速度相比,层理角度对于煤的动态抗拉强度的影响较弱。随着冲击速度的增大,煤样破坏的损伤变量随之增加,并且饱和含水煤样整体损伤变量随着冲击速度的增大呈指数函数趋势增加。(4)采用直切槽半圆弯拉法和霍普金森加载装置对135个煤样进行动态I型断裂韧性测试,以探讨动态载荷条件下加载率及层理方位对煤样I型断裂韧度的影响。开展了不同层理角度和切缝深度煤样在多种加载速率下的I型断裂性能测试,分析了不同冲击速度和层理角度对半圆弯拉煤样的动态裂纹扩展特征的影响,得出半圆弯拉煤样在不同加载率下的I型断裂韧度率响应特征模型;并且探讨了煤样I型动态断裂韧度测试的最佳切缝深度范围。研究表明:煤样I型动态断裂韧度为准静态断裂韧度的3.52~8.64倍,随着煤样加载率和切缝深度的增加,层理面对裂纹扩展特征的影响逐渐减小;冲击速度对煤样I型动态断裂韧度的影响最大,不同层理角度引起的各向异性效应次之,切缝深度的变化对其影响最小;层理角度对于I型动态断裂韧度的影响随着冲击速度的增大而减弱;当煤样的加载率超过临界值后,I型动态断裂韧度的增长趋势发生显着变化,并给出了煤样I型动态断裂韧度变化的率响应特征模型。(5)为研究含层理煤样中裂纹扩展的分形特征以及裂纹速度与分形维数等参数的变化情况,采用高速摄影机对煤样动态破断过程进行记录,并结合图像处理软件和分形维数计算软件对其动态裂纹扩展规律和分形特征进行了探讨。研究表明:煤中层理对其裂纹扩展形态具有显着影响,45°层理煤样裂纹扩展速度为最大,0°层理煤样扩展速度为最小。层理对煤中裂纹的扩展分形维数亦有显着影响,层理倾角45°煤样裂纹扩展路径的分形维数为最大,22.5°和67.5°煤样裂纹扩展分形维数值居中,0°和90°煤样裂纹扩展分形维数为最小。此外煤样某些时刻裂纹瞬时分形裂纹扩展速度值接近瑞利波速,当层理倾角为22.5°,45°和67.5°时,裂纹瞬时分形扩展速度更易达到最大值。(6)采用CDEM数值模拟开展了冲击荷载作用下巴西圆盘煤样动态劈裂应力场和应变场的演化过程及应力波在煤岩试样中的传播、反射和迭加特征研究,发现与试验结果有较好的吻合性。煤样的拉伸破坏模式在层理与加载方向平行或垂直时表现得最为明显;但当层理与加载方向呈一定夹角时,煤样主要表现为拉伸与剪切破坏伴生。该数值模拟结果与试验所得结论一致。此外,数值模拟结果还可以观察到一些沿层理弱面的次生裂纹,这是由于层理面引起的额外剪切破坏所致。随着冲击速度的不断增大,煤中裂纹的起裂时间不断减小,但抗拉强度测试值不断增大。基于CDEM方法开展了NSCB煤样动态断裂过程应力场和应变场的演化及应力波在煤岩试样中的传播过程模拟研究,发现当层理面与加载方向成平行或垂直时,裂纹扩展路径较为平直,即分形维数值较小;而当层理面与加载方向成一定夹角时,裂纹扩展路径会沿层理弱面倾斜,最终路径并非平直且分形维数值较大。随着冲击速度的不断增大,煤样I型动态断裂韧度测试值也随之增大。此外,支座处约束方式的不同对于I型断裂韧度模拟结果具有显着影响。(本文来源于《中国矿业大学(北京)》期刊2018-03-28）
郭洋[5]（2017）在《条形药包爆破物理过程及动态断裂力学特性试验研究》一文中研究指出在对岩石爆破破岩机理进行研究时,通常将药包假设为球形药包来研究爆炸应力场分布、爆破介质的动态力学响应等问题。目前,人们对球形药包爆破破岩机理的研究较多,并取得了大量的研究成果。但是,由于实际药包多为条形药包,其爆炸应力波的传播、衰减特征以及裂纹扩展形态往往与球形药包爆破相差很大。因此,岩石爆破机理的研究基于对条形药包爆炸应力波的传播规律及其破岩机理的分析。针对条形药包爆炸应力波的传播及衰减规律,起爆方式、炮孔长径比等参数对条形药包爆炸应力场的影响以及叁维模型材料中条形药包爆生裂纹的动态断裂特性等问题开展了理论分析、实验室实验和数值模拟等研究。研究成果为完善人们对条形药包爆破作用过程的认识,深化爆破理论提供理论基础。(1)采用动态焦散线方法,获得了有机玻璃在纯I型断裂和I-II复合型断裂条件下的动态断裂韧度。对于纯I型断裂,有机玻璃的动态断裂韧度K_(IC)为2.04MN/m3/2,对于I-II复合型断裂,随着边裂纹角度的增加,有机玻璃的断裂韧度都呈K_(IC)逐渐减小,K_(IIC)逐渐升高的趋势。裂纹由I型断裂向I-II复合型断裂转变的过程中,裂纹起裂需要的时间逐渐增加,而试件完全断裂需要的时间逐渐减小,裂纹扩展的平均速度逐渐增大,说明I-II复合型断裂较I型断裂需要消耗更多的能量。空孔对裂纹的扩展具有抑制作用,且这种抑制作用随裂纹尖端到空孔距离的减小而增强。当动态裂纹与空孔连通后,由于空孔的影响,裂纹尖端被“钝化”,使动态裂纹止裂。当动态裂纹再次从空孔上方起裂扩展时,起裂韧度较裂纹与空孔连通前的应力强度因子增加60%以上。相应地,裂纹再次起裂时的扩展速度与连通前的速度相比也显着增大。当动态裂纹与介质中的预制贯通裂纹连通时,预制贯通裂纹的存在改变了动态裂纹的断裂行为。当动态裂纹与预制贯通裂纹共线时,贯通裂纹处起裂的时间最短,且在起裂后表现为I型扩展,相应的扩展速度较裂纹与预制裂纹贯通前的扩展速度有显着减小。而垂直贯通裂纹端部起裂时间最长,相应的扩展速度也增大为237.6m/s,较裂纹与预制裂纹贯通前有显着的增大。但起裂后很快由I/II复合型裂纹向I型裂纹转变。(2)结合超动态应变测试方法、动态焦散线方法以及ABAQUS数值模拟方法,着重研究条形药包柱部区域和端部区域爆炸应变场、不同长径比条形药包柱部区域应力应变场差异。最后对不同起爆位置起爆条形药包爆炸主应力差和应力场进行了比较。运用CEEMD分解方法对爆炸应变信号进行了去噪分析,得到了去噪后的应变波形,为分析爆炸应变场的衰减规律提供了可靠的基础数据。条形药包中间位置起爆时,炮孔周围各方向应变差异较大,表现为炮孔中垂线方向应变>端部垂线方向应变>炮孔端部轴向应变。且在距离炮孔最近测点处差异性最大。不同长径比时条形药包柱部径向应变和切向应变均表现出较大的差异性。随着长径比的增大,药包线装药密度减小,炮孔柱部应变峰值减小,应变场的持续时间逐渐增加。条形药包一端起爆时,沿炮孔轴线爆炸应力场分布具有显着的不均匀性和分区特征,起爆端应力场强度低,非起爆端应力场强度高。中间起爆时,爆炸应力波形呈“椭圆状”分布,随着爆炸应力波的传播,应力场的衰减速率具有显着的分区特征,表现为炮孔柱部中垂线方向应力衰减速度<炮孔端部垂线方向的应力衰减速度<炮孔轴线方向的应力衰减速度。两端同时起爆时,爆炸应力波形由“哑铃型”逐渐向“椭圆形”转变。炮孔中垂线方向的应力峰值最高,且衰减速度最慢,炮孔两端部轴线方向的应力值较低,且衰减速度最快。(3)采用动态焦散线和数值模拟两种方法,考虑长径比参数,初始地应力条件以及相邻炮孔的影响,对炮孔端部爆生裂纹的动态力学行为进行了研究。条形药包爆破时,炮孔周围产生的压缩损伤区沿炮孔轴线的分布较显着,压缩损伤区整体呈“椭圆状”分布。与压缩损伤区不同,炮孔周围形成的拉伸损伤区主要呈以炮孔端部为起点,逐渐以“束状”形式向介质内部发展,并在炮孔端部与炮孔轴线近似成45°的方向各形成两条主要的拉伸损伤区。在炮孔周围形成的拉伸损伤区半径约为压缩损伤区半径的5倍。随着炮孔长径比增加,炮孔端部裂隙区呈先增大后减小的特征。随着竖向静压的增加,条形药包轴向爆生裂纹尖端的应力强度因子减小,裂纹扩展速度的衰减加快,裂纹扩展长度减小,止裂韧度提高。多条形药包并排同时起爆时,在炮孔柱部区域,相邻两炮孔之间的应力场迭加促进了炮孔间介质的“剥离”,使炮孔处介质的“剥离”面积增加,同时,有利于垂直于炮孔轴向裂纹的产生。在炮孔端部区域,炮孔外侧拉压交替变化的应力场促使炮孔端部外侧裂纹呈波浪式扩展,炮孔内侧应力场抑制了炮孔内侧裂纹的扩展,表现为炮孔端部内侧裂纹扩展长度较短。(4)采用动态焦散线方法,研究了条形药包爆破时含预制贯通裂纹介质中翼裂纹和反翼裂纹的动态断裂力学特性。在条形药包爆炸应力波的作用下,炮孔柱部区域预制贯通裂纹端部易产生翼裂纹和反翼裂纹。在爆炸应力波与炮孔柱部区域预制贯通裂纹相互作用的过程中,预制贯通裂纹经历了“张开-闭合-张开”的过程。翼裂纹的形成是由爆炸应力波作用的结果,而反翼裂纹的形成是由自由面处产生反射拉伸波作用的结果。得到了柱部区域不同角度的预制贯通裂纹的翼裂纹和反翼裂纹的起裂韧度和止裂韧度。条形药包炮孔端部区域贯通裂纹处翼裂纹的起裂主要是爆炸应力波的作用,而反翼裂纹的起裂则主要是爆生气体的作用。爆炸应力波在贯通裂纹端部不断绕射,形成应力集中,促使翼裂纹优先从贯通裂纹端部起裂扩展;当爆生主裂纹与贯通裂纹贯通后,爆生气体迅速通过爆生主裂纹与贯通裂纹相连的通道,“楔入”贯通裂纹,促进翼裂纹扩展或者产生反翼裂纹。给出了预制贯通裂纹的翼裂纹和反翼裂纹的起裂韧度和止裂韧度。由于竖向静压的存在,促进了条形药包柱部区域贯通裂纹端部翼裂纹的扩展,相应地抑制了贯通裂纹端部反翼裂纹的起裂和扩展。条形药包端部区域贯通裂纹端部翼裂纹的扩展长度随竖向静压的提高而增加,而贯通裂纹端部反翼裂纹的扩展长度随竖向静压的提高而减小。(5)利用叁维模型材料,结合高速摄影方法对爆生裂纹扩展过程进行了研究。通过唯象分析,结合多重分形理论,对条形药包爆破时径向爆生裂纹的时空分布特征进行研究。采用ABAQUS数值模拟方法,着重对条形药包不同起爆方式下爆破损伤破坏程度及其产生的内在机制进行分析。正向起爆时,爆生裂纹主要在炮孔柱部区域产生,并沿炮孔径向扩展。反向起爆时,除径向裂纹外,在炮孔底端还产生斜向下扩展的“圆锥形”裂纹面,且“圆锥形”裂纹面的存在阻断了径向爆生裂纹向炮孔下部延伸扩展,并有利于炮孔柱部区域岩石的破碎和抛掷。进一步推理可知,在掏槽爆破中,为提高岩石的抛掷效果,应尽量采用反向起爆方式进行爆破;而在松动爆破中,为增加岩石中径向裂纹的扩展长度,应尽量采用正向起爆方式进行爆破。从爆生裂纹的扩展形态来看,叁维爆生裂纹可分为两种类型,一类是扩展至模型自由表面的“长刀状”显式爆生裂纹,另一类是仅在模型内部扩展的“扇形状”隐式爆生裂纹。显示爆生裂纹的扩展速度呈明显的非线性衰减特征,隐式爆生裂纹的扩展速度呈近似线性的衰减特征。在爆生裂纹扩展的过程中,裂纹表面经历了由“密集波纹状→光滑平坦状→径向针骨状”逐步转变的过程。数值模拟分析了不同起爆方式下,试件内部Mises应力的变化规律及产生的损伤破坏区的时空演化特征。正向起爆时,模型介质中的Mises应力由炸药上部向炮孔底部传播,Mises应力衰减较快,不利于爆炸破岩,产生的爆破空腔主要在炸药上部。形成的爆破损伤区主要集中在炮孔上部,炮孔底部的损伤较小。中间起爆时,模型介质中的Mises应力由炸药中间向炮孔两侧传播,模型介质中的Mises应力衰减缓慢,形成“中间大、两边小”的爆破空腔,产生的爆破损伤区沿炮孔轴线分布均匀。反向起爆时,模型介质中的Mises应力由炸药底部向炮孔口部传播,受介质“夹制作用”的影响,反向起爆产生的初始爆破空腔较小,但随着爆炸应力波的传播,爆破空腔有所增大。产生的损伤破坏区首先从炮孔底部产生,并逐渐向炮孔顶部发展。(本文来源于《中国矿业大学(北京)》期刊2017-10-19）
高效伟,郑保敬,刘健[6]（2015）在《功能梯度材料动态断裂力学的径向积分边界元法》一文中研究指出采用径向积分边界元法分析功能梯度材料动态断裂力学问题.该方法使用与弹性模量无关的弹性静力学开尔文基本解作为问题的基本解,在导出的边界-域积分方程中含有由材料的非均质性和惯性项引起的域积分,通过径向积分法将域积分转化为等效的边界积分,得到只含边界积分的纯边界积分方程;从而建立只需边界离散的无内部网格边界元算法.采用候博特方法求解关于时间二阶导数的系统离散的常微分方程组.最后通过数值算例验证本文方法的精度和有效性.(本文来源于《力学学报》期刊2015年05期）
陈浩森[7]（2015）在《铁电材料动态断裂力学研究》一文中研究指出铁电材料具有压电、铁电、非线性光学等优良特性,广泛应用于国防、通信电子、医药等领域,能满足各种静、动态力/电耦合复杂工况需求。但由于铁电材料断裂韧性较低,使得器件的可靠性问题变得尤为重要和突出。本文围绕铁电材料动态断裂力学问题,通过理论、实验与数值模拟相结合的方法,开展以下工作:首先,进行冲击载荷作用下铁电陶瓷断裂机理研究。实验测定不同电场加载频率、环境温度下的铁电块体材料的电滞回线,提出了考虑电场加载频率和温度效应的Johnson-Cook(J-C)型铁电畴变翻转准则;搭建了改进型霍普金森杆实验装置,测定不同极化方向试件的静、动态断裂韧性,发展了“率相关”应力诱导畴变模型,可有效解释动态断裂韧性“各向同性”的实验现象;设计了电脉冲载荷下铁电陶瓷材料断裂实验,建立了“率相关”电场诱导畴变理论模型,可较好解释实验现象。其次,展开循环电脉冲载荷作用下铁电陶瓷断裂力学研究。基于畴变致温升机理,提出了一种新型在位观测畴变实验表征方法,使得定量测定电致畴变热功转化系数、裂纹尖端180?畴变区成为可能;率先报道了铁电陶瓷电致畴变电场做功未能全部转化为热能的实验结果,铁电陶瓷PZT-5材料热功转化系数约为80%,建立了经实验验证的铁电陶瓷热功转化的模型;首次发现了循环低压高频电载荷作用下裂纹失稳扩展的新现象,提出了中心椭圆孔大范围畴变翻转理论模型(RLSS),发展了电/热/力多场耦合作用下裂纹扩展数值模拟方法,揭示了电/热/力多场耦合作用下铁电陶瓷裂纹失稳机理,建立了不同电场频率和幅值组合下的破坏相图,可指导压电/铁电器件工程设计;发展了主动电脉冲红外检测(AEPT)方法,可用于含缺陷压电/铁电器件的无损检测。最后,探讨铁电材料裂纹的动态扩展理论问题。运用Wiener-Hopf等数学方法,研究了压电材料I型动态裂纹扩展理论问题,解决了控制方程力/电场耦合难题,获得动态应力强度因子、动态电位移强度因子及其相应的普适函数的解析形式,发现了对压电I型动态力学行为有重要影响的力电耦合系数ke和控制裂纹动态扩展特征的广义瑞利波速;考虑非线性效应,利用Stroh等数学方法,进行了铁电材料Yoffe型裂纹动态理论模型的求解,得到了动态应力强度因子、电屈服区的解析解,发现铁电材料平面裂纹扩展存在临界偏折速度。(本文来源于《清华大学》期刊2015-01-01）
杨欢欢[8]（2015）在《功能梯度材料静动态断裂力学参量研究及有限元程序设计》一文中研究指出功能梯度材料是一类非均匀材料,它正越来越广泛的应用到许多领域。研究功能梯度材料的力学特性也逐渐成为力学研究的一个热点,特别是功能梯度材料的断裂问题尤其如此。功能梯度材料的断裂过程中也有一个重要参量,即裂尖的应力强度因子,它表征了裂纹尖端区域应力场的强弱,因此许多学者开展了这方面的研究。本文主要内容是研究载荷作用下功能梯度材料裂纹尖端应力强度因子的变化规律。由于功能梯度材料的材料参数是变化的,导致从理论上分析非常困难,但是数值分析却是一种有效的方法。根据线弹性断裂力学的基本理论,作者编写了计算功能梯度材料断裂问题的有限元程序,并用一些算例进行了验算。本文第一章介绍了功能梯度材料断裂问题的研究历史,并就本文主要研究的有限元方法进行了详细介绍；第二章重点介绍了裂尖退化单元理论及程序编写流程；接下来两章主要从静态和动态两个方面进行算例计算；最后一张是总结,程序语句列在附录中。第叁章是静态计算,计算模型是薄板和圆筒,主要研究弹性模量按照指数和线性规律变化；通过计算发现：裂纹越长,在载荷大小相同条件下应力强度因子也越大；弹性模量大的一侧应力强度因子较大；裂纹倾角在0-90。范围内,倾角越大KI越小,KII型应力强度因子先增大后减小。第四章主要以A1203-Ti功能梯度材料为研究对象,选用计算模型与第叁章相同。通过研究突加载荷加载方式下的计算发现：裂纹越长,应力强度因子的振动周期越大；裂纹面平行于梯度方向时其裂尖动静动态应力强度因子比值(Kdyna/Kstat)的峰值在2左右波动；裂纹倾角越大,Kdyna/Kstat越大。(本文来源于《南京理工大学》期刊2015-01-01）
袁超[9]（2013）在《有侧压力岩石动态直接拉伸试验及动态断裂力学研究》一文中研究指出岩石材料在动态荷载下的力学特性是研究诸如采矿工程巷道、铁路与公路隧道、大型洞室的稳定性、大型基坑开挖以及岩质边坡治理等在爆破与地震等动荷载作用下的重要参数。本文对花岗岩进行了有侧压力（围压）动态直接拉伸试验。试验结果表明:对于同一侧向压力，花岗岩的抗拉强度与直接拉伸弹性模量随应变速率增加而呈现增加趋势；对于同一应变速率，其抗拉强度与直接拉伸弹性模量随侧向压力增加而呈现递减趋势；高应变速率相对低应变速率，其抗拉强度随侧压力增加而减少的趋势更快；对同一侧向压力，花岗岩的泊松比随应变速率的增加而呈现增加的趋势，但增加趋势不明显；而对于同一应变速率，其泊松比随侧向压力的增加而呈现不规则变化。在试验研究的基础上，基于经典的Mott模型理论，探讨分析了应变率与侧压力对花岗岩裂纹扩展极限速度的影响：在同一侧向压力下，花岗岩裂纹扩展极限速度随着应变速率的增加而出现增加的趋势，而在同一应变速率下，其极限速度随着侧向压力的增加而出现递减的趋势。在岩石动态断裂力学等相关理论研究的基础上，将裂纹几何因子和时间因子纳入岩石静态应力强度因子研究范围，分析了岩石裂纹快速扩展动态应力强度因子，在此基础上探讨了岩石材料裂纹动态起始扩展判据准则及裂纹快速扩展、止裂条件。通过分析岩石动态断裂韧度与抗拉强度的关系，在试验的基础上获得了花岗岩动态断裂韧度与抗拉强度之间的经验公式，由此获得了花岗岩的动态断裂韧度，并分别讨论了侧压力与应变率对岩石动态断裂韧度的影响：在同一侧向压力下，花岗岩动态断裂韧度随应变速率的增加而呈现增加趋势，而在同一应变速率下，其动态断裂韧度随侧向压力增加而呈现递减趋势。基于于亚伦等人修正过的过应力模型理论，对本次花岗岩测试数据进行了曲线拟合，得到了不同应变率下的花岗岩本构方程，提出了考虑岩石应变率的过应力模型能较好地描述花岗岩试样在动载荷作用下的力学及变形特性。(本文来源于《湖南科技大学》期刊2013-05-28）
龙述尧,张国虎[10]（2012）在《基于MLPG法的动态断裂力学问题》一文中研究指出利用无网格局部Petrov-Galerkin(MLPG)方法分析了受瞬态载荷作用的动态断裂力学问题.采用移动最小二乘近似函数为试函数,并利用罚函数法施加本质边界条件.同时,利用纽马克法进行时间积分.最后求解了双缺口板尖端附近的应力场,以及Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子随时间的变化关系.算例表明:利用MLPG方法分析受瞬态常压力作用的动态断裂力学问题是可行的和有效的,且具有效率高和容易分析的特点.(本文来源于《湖南大学学报(自然科学版)》期刊2012年11期）
动态断裂力学论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
混凝土作为建筑材料因其优良的性能广泛运用于军事、工业和民用建筑中,但抗拉强度远远小于抗压强度造成结构构件的裂缝和耐久性问题又限制了混凝土材料的进一步发展。为改善混凝土材料的裂缝问题,本文以水泥基材料为基础,通过分别添加氧化石墨烯和钢纤维的方法,制备氧化石墨烯巴西圆盘试件和钢纤维混凝土梁试件,系统研究了添加不同材料混凝土的断裂力学性能,主要工作如下:制备普通水泥砂浆和含0.03wt%氧化石墨烯水泥砂浆两种材料,制成中心直裂纹和不同倾角裂纹形式的巴西圆盘试件。对其进行准静态加载下的巴西圆盘劈裂试验,给出了试件的间接抗拉强度和纯I型、纯II型以及I-II混合型断裂韧性。氧化石墨烯纳米片层对水泥砂浆具有明显的增强作用,添加掺量为0.03wt%氧化石墨烯水泥砂浆抗压强度提高了34.12%,间接抗拉强度提高了18.96%,纯I型断裂韧性提高了20.09%,纯II型断裂韧性提高了12.07%,对I-II混合型断裂韧性提高了12.27%。制备含体积率为1%的预制缺口钢纤维混凝土梁试件,利用DHR-9401落锤冲击试验机对混凝土梁试件进行叁点弯试验,并结合DIC全场应变测量系统,分析了五种不同冲击速度下试件的变形模式和断裂形态。结果表明:冲击力峰值和断裂能均随着冲击速度的增大而增大;落锤冲击高度为10~40mm时,所有试件均未完全断裂,裂缝面的纤维均为拉拔破坏,并无单个纤维断裂现象;落锤冲击高度达到80mm时,裂缝沿着预制缺口方向快速向上扩展,直接劈断为两部分;落锤冲击下,裂缝开裂速度量级为百米/秒。相同的冲击速度下,开裂速度逐渐减小,而在不同冲击速度下,试件主裂纹的扩展速度并无明显的变化。采用数值模拟的方法,对跨中添加定向钢纤维的混凝土梁试件在不同冲击速度下的动态响应进行数值模拟分析,通过与落锤冲击试验结果进行比对,验证有限元模型的合理性,在此基础上研究了混凝土的强度,钢纤维的含量对钢纤维混凝土梁断裂性能的影响,同时与传统素混凝土的断裂性能进行了对比分析。结果表明:相同的冲击速度下,混凝土梁冲击力峰值的大小与混凝土强度等级有关,混凝土强度越高,冲击力峰值越大;钢纤维体积率(含量分别为1%、2%和4%)对混凝土梁的冲击力峰值影响较小;在相同的冲击速度下,含钢纤维混凝土梁的冲击力峰值和断裂能均大于素混凝土梁,表明在混凝土梁中添加钢纤维可以明显改善混凝土梁试件的断裂性能,对试件的裂缝扩展具有一定的抑制作用。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
动态断裂力学论文参考文献
[1].郑利钦,林梓凌,李鹏飞,陈心敏,孙文涛.动态载荷下松质骨对骨质疏松性股骨颈骨折断裂力学影响的有限元分析[J].中国组织工程研究.2019
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