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定向断裂双孔爆破含缺陷介质裂纹扩展的动焦散试验*

更新时间:2016-07-05

在工程岩体爆破中,缺陷如断层、层理、节理、裂隙对应力波的传播有着重要的影响。所以,研究缺陷对爆炸荷载下裂纹扩展的影响有着重要的意义。爆炸作用下含缺陷介质的动态断裂一直是人们非常关注的问题,其动态断裂行为与静态时差异较大。当爆炸载荷所引起的应力波与裂纹相互作用时,裂纹尖端的动态应力强度因子将因介质结构和裂纹模式的变化而不断发生改变,并具有不同的起裂和止裂条件以及扩展行为。同时,运动的裂纹的也对应力波的传播起到不同的散射作用,因此存在着各种应力波与裂纹间的相互作用关系。

Chen和Sih从理论上研究了裂纹对冲击载荷的瞬态响应以及应力波在静止和运动裂纹周围的散射[1]。D Bonamy 和K Ravi-Chandar 研究了剪切波引起了裂纹尖端的扰动但没有造成分叉现象[2]。K RAVI-CHANDAR 和W G KNAUSS采用高速相机等手段,研究了不同方向的应力波与运动裂纹相互作用以及裂纹尖端应力强度因子的变化规律[3]。Dally利用动态光弹实验,研究了爆炸应力波的传播过程以及与裂纹、孔洞的相互作用[4]。H P Rossmanith 和W L Fourney利用动光弹试验方法和线弹性断裂力学理论,研究了爆炸应力波在静态裂纹尖端的衍射和裂尖起裂的规律[5]。H P Rossmanith 和A Shukla利用理论分析和动光弹试验,研究了不同入射角度爆炸应力波和爆生裂纹的作用机理,分析了不同入射波在运动裂纹处的反射、散射和衍射等现象,得到了应力强度因子与裂纹扩展速度的变化曲线以及裂纹分叉的位置等结果[6]。郭占起等采用动态光弹性的方法,研究了不同爆炸加载参数下含裂纹试件的动态响应[7]。王明洋等运用应力波通过裂隙传播理论,分析了爆炸应力波通过节理裂隙带的衰减规律[8]。李夕兵研究了应力波在软弱结构面的传播过程,得到了相应的透反射系数和应力波作用下结构面是否滑移的判据[9]。朱振海利用动态光弹性方法,分别观察了爆炸应力波与爆炸产生的静止的径向裂纹相互作用以及由自由边界来的反射波与扩展中的裂纹相互作用的动态过程[10-12];模拟研究爆炸应力波在正入射和斜入射条件下与扩展裂纹的相互作用,分析了裂纹与应力波相互作用以及P波与裂纹相互作用的机理以及径向裂纹的初始方向对裂纹重新扩展的影响。由于应力波与缺陷(裂纹)作用这个问题自身的复杂性,只有上述少数学者和科研人员对其进行了一些理论研究和实验探索。本文利用爆炸加载数字激光动态焦散线试验系统,进行双孔爆破爆炸应力波作用下缺陷介质裂纹扩展试验,分析了缺陷尖端动态力学参数的变化规律。

1 试验简介

1.1 试件及加载

试验模型材料为有机玻璃板(PMMA),规格400 mm×300 mm×5 mm,有机玻璃的动态力学参数如表1。两炮孔位于试件中央,间距120 mm,炮孔直径6 mm,在两炮孔相对的壁面上切槽,切槽角度α为60°,切槽深度h为1 mm。在试件中央预制裂纹,长15 mm,宽1 mm,分别做(a)水平预制和(b)竖直预制,如图1。每孔装入140 mg叠氮化铅单质炸药。炮孔中插上起爆信号探针,将试件固定在加载架上,炮孔两侧用铁夹夹紧,两炮孔同时起爆。设置高速摄影机的拍照时间间隔为1/3 μs。

卵巢癌、宫颈癌、子宫内膜癌是妇科常见肿瘤,卵巢癌较宫颈癌发病率低,但病死率是妇科恶性肿瘤中最高的,很大一部分原因与该病的发生发展具有隐匿性有关,多数患者发现时已是晚期。宫颈癌在全世界女性恶性肿瘤中发病率位居第3,在发展中国家女性中,该病的发病率及死亡率均高于发达国家,多发病于中年妇女[31]。子宫内膜癌与雌激素增高有关,由于饮食结构较过去发生很大变化,代谢性疾病的增加,子宫内膜癌也出现了发病率升高和发病年轻化的趋势[32]。由于染料木黄酮有雌激素作用,所以被用于研究治疗与激素依赖性器官相关肿瘤。

1 PMMA的动态力学参数

Table 1 Dynamic mechanics parameters PMMA

弹性模量Ed/GPa泊松比vdCP/(m·s-1)CS/(m·s-1)密度/(kg·m-3)应力光学常数/(m2·N-1)Z0/m6.10.312320126011874.9×10-110.9

图 1 试件尺寸 Fig. 1 Geometry size of specimens

1.2 光学测试系统

新型的数字激光动态焦散线试验系统如图2所示[13]

图 2 透射式焦散线试验系统光路 Fig. 2 Schematic diagram of transmission caustics experimental system

2 动态断裂参数确定

2.1 裂纹扩展速度和加速度的确定

也叫线索调查。所谓可疑者检查就是只检查(1)有结核病可疑症状者;(2)有结核病既往史又未经正规治疗者;(3)有与肺结核病人接触史,尤其与排菌病人密切接触者。在检查之前先进行调查登记所有具有上述三种指征之一者。

(1)

[9] 李夕兵.论岩土软弱结构面对应力波传播的影响[J].爆炸与冲击,1993,13(4):334-342.

另外,通过对已经实施的危害行为进行惩罚,表明国家否定该种行为的立场,可以使行为人和其他的人明确该种行为的错误性及其后果,从而达到保护法益不再受到侵害或威胁的目的。应当说,这是犯罪构成为社会权益保护提供实体依据的主要体现。“社会或国家的每项个别律令,只在它不‘纯粹停留在纸上’时才能被视为‘有效的法律’。”[17]刑法制定出来后,只有付诸于实践,其威慑性才能得以体现。同时,也只有通过刑法的运用,才能使社会权益更明确地得以保护。

2.2 动态应力强度因子

焦散线的成像原理图如图3和图4用焦散线上垂直于裂纹方向的最大直径Dmax来描述焦散线的特征尺寸[13],得到混合型裂纹尖端的应力强度因子表达式为

分析完地铁车站附近的安全风险后,结合实际的地铁施工情况,有效的分析和判断有可能出现的工程事故以及资金成本的损失。

(2)

式中:Dmax为沿裂纹方向的焦散斑最大直径;μ为应力强度因子比例系数;g为应力强度因子数值系数;K为动态载荷作用下,复合型扩展裂纹尖端的Ⅱ型应力强度因子。对比动态裂纹与静态裂纹的应力强度因子计算公式,发现除了多了一个速度修正因子F(v)外,计算公式是相同的。根据数值分析发现,F的值恒小于1,在具有实际意义的扩展速度下近似等于1。可见,对于给定的实验条件,deffcz0均为常数,只要确定了裂纹尖端的焦散斑直径D,就可以确定应力强度因子。

以某大桥为例进行模板的选型。该桥位于某江下游末端,河床平坦、开阔、稳定,枯水期主河槽湾流偏南岸,出现在每年2~3月,枯水期约5个月。按设计要求墩身高49m,采用薄壁空心结构,双向控制墩身垂直度及各部位尺寸较为困难。

图 3 焦散线成像示意图 Fig. 3 Schematic diagram of caustics formation

图 4 映射关系所表示的光学变换示意 Fig. 4 Schematic illustration of optical transform with mapping relationship

3 试验结果及分析

3.1 试验照片及裂纹扩展路径

图5为试件破坏后的照片,图6为获得的数字激光动态焦散斑照片。由图5(a)和图6(a)可看出,炸药爆炸后产生强冲击波,冲击波很快衰减为应力波,使得有机玻璃板产生强烈的塑形变形。t=20 μs时,切槽方向开始出现两条主裂纹aAaB,相向扩展。受应力波的作用,预制裂纹两端产生应力集中,有焦散斑出现,但预制裂纹尖端并未扩展。t=100 μs时,焦散斑的直径达到最大值9.4 mm,预制裂纹尖端产生的次裂纹aCaD开始扩展,之后裂纹aAaCaBaD分别交汇,并移向异方已有裂纹面。由图5(b)和图6(b)可看出,主裂纹bAbB最终于预制裂纹贯通,预制裂纹尖端的次裂纹bCbDt=150 μs时起裂,沿竖直方向扩展约5 mm。

图 5 试件破坏后的照片 Fig. 5 Photos of specimen after damaged

图 6 系列动态焦散斑图像 Fig. 6 Series of dynamic caustics spot images

3.2 裂纹扩展位移

图7为裂纹尖端位置的变化曲线,由焦散斑的位置获得裂纹尖端的位置。曲线上坡度的增加或减小,反应了裂纹尖端位移加速或减速的过程。

图 7 裂纹尖端位置变化曲线 Fig. 7 Variable curve of the location at crack tip

3.3 裂纹扩展的速度和加速度

图8分别为主裂纹和次裂纹扩展的速度和加速度曲线。速度和加速度呈现波浪起伏式的涨落变化。由图8(a)可见,炸药爆炸后主裂纹aB的速度迅速增加,t=30.2 μs时达到峰值448 m/s,约为P波波速的20%, 之后振荡下降。t=60.5 μs时,降到第一个谷值277 m/s;然后开始上升,t=85.7 μs时,升至第二个峰值339 m/s;随后开始下降,t=129.5 μs时降至第二个谷值90.2 m/s;t=151.4 μs时,达到第三个峰值151 m/s,之后又减小。主裂纹aB的加速度在t=28.5 μs时,由2.09 Mm/s2开始迅速减小,t=43.6 μs时,达到第一个谷值-8.66 Mm/s2,之后呈现波浪起伏式的涨落变化。主裂纹bAt=33.5 μs时,第一次达到峰值397 m/s,约为P波波速的17%,之后开始减小;t=90.7 μs时,达到第一个谷值260 m/s;然后又开始增大,t=129.5 μs时,升至第二个峰值360 m/s;之后一直减小。其加速度与主裂纹aB的变化趋势一致。从时间上看,速度和加速度的峰值交替出现,同一条裂纹,都是加速度先达到峰值,然后速度再达到峰值。加速度代表了“驱动力”的变化,加速度达到峰值,此时“驱动力”最大,而裂纹在此“驱动力”的作用下将继续加速扩展。速度和加速度的交替变化,表明了裂纹扩展时速度和加速度的变化规律。由于应力波与扩展裂纹相互作用,改变了整个试件中的应力分布状态以及裂纹尖端的奇异应力场,最终影响了裂纹扩展的状态[15]。由图8(b)可看出,次裂纹aD起裂后速度迅速增加,t=123.6 μs时,达到峰值356 m/s,之后振荡减小,其加速度呈现波浪起伏式的涨落变化,t=142.9 μs时,达到峰值9.93 Mm/s2。主裂纹bD速度和加速度的变化趋势和aD基本一致。

图 8 裂纹扩展速度和加速度变化曲线 Fig. 8 Velocity and acceleration curve of cracks propagation

3.4 裂纹尖端的动态应力强度因子

图9为裂纹尖端动态应力强度因子变化曲线。炸药爆炸后,能量迅速释放,产生强烈的冲击波,并快速衰减为应力波,膨胀波首先作用于裂纹尖端,应力强度因子产生,主裂纹的应力强度因子K,其值由最大值开始振荡减小,又振荡增加至第二个峰值,然后振荡减小。图9(a)中,主裂纹aB 尖端的动态应力强度因子Kt=16.7 μs时的第一个峰值3.6 MN/m3/2,开始振荡减小,t=126.7 μs时,降低至最小值1.05 MN/m3/2,之后振荡增加,t=140 μs时增至第二个峰值2.45 MN/m3/2,之后振荡减小至裂纹止裂。图9(b)中,主裂纹bA尖端的动态应力强度因子Kt=33.3 μs时的第一个峰值3.87 MN/m3/2,开始振荡减小,t=123.3 μs时,降低至最小值1.29 MN/m3/2,之后振荡增加,t=156.7 μs时增至第二个峰值2.94 MN/m3/2,之后振荡减小至裂纹止裂。这种振荡性充分体现了应力波与裂纹的相互作用。之所以出现第二个峰值,可能是因为由边界反射的拉伸应力波再次到达裂纹尖端,对其扩展产生了影响。次裂纹未扩展前,其预制裂纹的尖端已经有应力强度因子产生,且随着应力波在试件中的传播而呈现振荡变化,由图9(a)t=100 μs时,次裂纹aD尖端的动态应力强度因子K达到最大值2.36 MN/m3/2,此时裂纹开始扩展,之后K振荡减小。由图9(b),t=150 μs时,次裂纹bD尖端的动态应力强度因子K达到最大值2.67 MN/m3/2,此时裂纹开始扩展,之后K振荡减小。次裂纹尖端应力强度因子的变化曲线也反映了预制裂纹两端在应力波作用下能量积聚、释放以及裂纹起裂、扩展的过程,爆炸应力波传播到预制裂纹面时发生反射、透射、绕射等,消耗大量能量,并在预制裂纹两端出现应力集中现象,此时能量逐渐积累,动态应力强度因子不断振荡增大,能量积聚到一定程度后,预制裂纹两端起裂,动态应力强度因子开始下降,随着应力波的衰减,驱动裂纹扩展的能量逐渐减弱,裂纹尖端的动态应力强度因子逐渐减小。动态应力强度因子K一直在不断的振荡变化,总体呈下降的趋势。裂纹扩展的过程中K基本都小于K,说明应力波与裂纹尖端相互作用过程中,P波起到了主要作用,S波的作用次之。KK的振荡性变化充分体现了应力波对裂纹扩展的影响。这些都为研究定向断裂控制爆破提供了有效的试验依据。

图 9 裂纹尖端的动态应力强度因子 Fig. 9 Dynamic stress intensity factor at crack tip

4 结论

采用爆炸加载数字激光动态焦散线试验系统,对设置垂直与平行两组裂纹的有机玻璃双孔模型,进行了定向断裂爆炸试验。根据试验结果分析了两组预制裂纹的扩展路径、速度、加速度和裂尖动态应力强度因子变化规律。得到如下结论:

(1)在爆炸应力波作用下,预制裂纹尖端起裂,并扩展。水平预制裂纹时,次裂纹与相向主裂纹分别交汇,并移向异方已有裂纹面。竖直预制裂纹时,次裂纹沿原有竖直方向扩展5 mm。

以机械制图为例,教学中,教师不必急于告诉学生应该怎样做,到底怎样做才是对的,而应该关注学生的实际,引导学生思考,并在引导中帮助学生了解知识,鼓励学生自主探索。当学生得出答案的时候,教师不应该直接回答对错,而应该肯定学生的努力,弱化对结果的评价。无论对错,都要给予充分地肯定,从而为学生学习提供源源不断的动力,促进学生能力的提升。

(2)炸药爆炸后,主裂纹的扩展速度迅速达到峰值,之后开始振荡减小,其加速度呈现波浪起伏式的振荡变化。次裂纹起裂后速度增大至峰值,然后开始减小。

[5] ROSSMANITH H,FOURNEY W.Fracture initiation and stress wave diffraction at cracked interfaces in layered media i brittle/brittle transition[J].Rock Mechanics,1982,14:209-233.

参考文献(References)

[1] CHEN P,SIH G.Elastodynamic crack problem.in:Mechanics of fracture[M].Noordhof Int Publ,1977.

[9] LI Xi-bing.Influence of the structural weakness planes in rock mass on the propagation of stress waves[J].Explosion and Shock Waves,1993,13(4):334-342.(in Chinese)

[2] BONAMY D,RAVI-CHANDAR K.Interaction of shear waves and propagating cracks[J].Physical Review Letters,2003,91:1-4.

[3] RAVI-CHANDAR K,KNAUSS W.An experimental investigation into dynamic fracture:IV.on the interaction of stress waves with propagating cracks[J].International Journal of Fracture,1984,26:189-200.

[4] DALLY J.An introduction to dynamic photoelasticity[J].Exp Mech,1980,20(12):409-416.

(3)主裂纹尖端的动态应力强度因子K从峰值振荡减小,又振荡增加至第二个峰值,之后振荡减小。次裂纹尖端的动态应力强度因子K达到最大时,次裂纹起裂,之后K振荡减小。裂纹扩展的过程中K基本都小于K。这种振荡性变化充分体现了应力波对裂纹扩展的影响。

[10] 朱振海.爆炸应力波对高速扩展裂纹影响的动态光弹性试验研究[J].爆炸与冲击,1993,13(2):178-184.

[7] 郭占起,费志中,吴明棣.不同爆炸加载参数下含裂纹试件的动光弹数值分析[J].北方交通大学学报,1994,18(1):81-88.

[7] GUO Zhan-qi,FEI Zhi-zhong,WU Ming-di.Dynamic phatoelastic numerical analysis of specimens containing cracks under explosive loading[J].Journal of North Jiaotong University,1994,18(1):81-88.(in Chinese)

[8] 王明洋,钱七虎.爆炸应力波通过节理裂隙带的衰减规律[J].岩土工程学报,1995,17(2):42-46.

[8] WANG Ming-yang,QIAN Qi-hu.Attenuation law of explosive wave propagation in cracks[J].Chinese Jounal of Geotechnical Engineering,1995,17(2):42-46.(in Chinese)

综上,AIDS患者免疫力低下,易合并多种机会性感染,机体生理、病理状况较差,长期使用替诺福韦易发生肾损伤。替诺福韦导致的肾损伤呈进行性发展,早期及时治疗,预后较好。长期使用替诺福韦的过程中应定期监测肾功能和电解质,做到早发现、早治疗。

式中,L(t)为扩展裂纹的长度,系数Li由最小二乘法原理求出。因而,裂纹扩展的速度v和加速度a即对曲线 L(t)求一次和二次导数即可。

实验方法主要参照已发表文献[27]。实验组药物浓度为0.01、0.1、0.5、1、5、25和50 μmol。每组设6个复孔,药物作用时间为24 h或48 h。

[6] ROSSMANITH H,SHUKLA A.Dynamic photoelastic investigation of interaction of stress waves with running cracks[J].Experimental Mechanics,1981,12:415-42.

根据从系列焦散斑中测得的瞬时裂纹尖端的位置,分析裂纹扩展的速度和加速度时,为了减少数据的分散程度,Takahashi和Arakawa提出了一种数据拟合的方法[14],将裂纹长度L(t)拟合成时间t的9次多项式

[10] ZHU Zhen-hai.Dynamic photoelastic investigations of the effect of explosive stress waves on an propagateing-high speed crack[J].Explosion and Shock Waves,1993,13(2):178-184.(in Chinese)

航空制造业领域知识作为航空工业生产活动的载体所积累的技术知识的总结,通过对航空制造业领域知识的用途、属性、学科及主题的归纳总结,对其定义分类,进而基于本体建立航空制造业领域知识知识模型,建立面向知识层面的多层次、多维度的航空制造业领域知识知识模型框架,并利用本体描述语言OWL对其进行描述。这是构建航空制造业领域知识的知识管理系统的重要一步,也是实现航空工业产品设计、制造、生产向智能化、信息化、服务化发展的重要途径。

[11] 朱振海.应力波对裂纹扩展影响的动光弹研究[J].工程兵工程学院学报,1988(4):76-82.

最后,还需要引导学生将全域旅游理念运用到导游实践工作中。在当今时代,随着全球可持续发展的发展和旅游业的迅速发展,全域旅游的概念引起了人们的关注。全域旅游理念的本质是协调和平衡旅游与文化、自然、人的生活环境之间的关系,并将其作为一个整体,在全球范围内实现社会发展与经济发展目标的统一。因此,在全域旅游发展过程中,需要引导学生将全域旅游理念运用到导游实践工作中,开发城市绿色旅游,促进旅游绿色发展。

[11] ZHU Zhen-hai.Dynamic photoelastic investigations of the effect of stress waves on an propagateing-high speed crack[J].Journal of Nanjing Engineering Institute,1988(4):76-82.(in Chinese)

[12] 朱振海.爆炸应力波与径向裂纹相互作用的动光弹研究[J].工程兵工程学院学报,1987(2):80-86.

[12] ZHU Zhen-hai.Dynamic photoelastic investigations of the effect of explosive stress waves on vertical crack[J].Explosion and Shock Waves,1987(2):80-86.(in Chinese)

[13] 杨立云,杨仁树,岳中文,等.数字激光动态焦散线实验系统:中国,ZL 2011 2 0458198.X[P].2013-11-02.

[13] YANG Li-yun,YANG Ren-shu,YUE Zhong-wen.Experimental system of digital laser dynamic caustics:Chinese,ZL 2011 2 0458198.X[P].2013-11-02.(Chinese Patent)

[14] TAKAHASHI K,ARAKAWA K.Experimental mechanics,dependence of crack acceleration on the dynamic stress intensity factor in polymers[J].Experimental mechanics,1987(6):195-217.

[15] 姚学锋,倪受庸,方竞.关于瞬态应力强度因子和裂纹扩展加速度之间的关系探讨[J].工程力学,1996(8):33-39.

今年给我们第一个直观的印象就是知名品牌电子商务的进取之路,大约还是2-3年前,互联网销售还被很多瑞士品牌视为廉价的,不符合品牌身份与诉求的,不契合品牌受众人群的举动。所以众多瑞士品牌对网络销售一直持审慎态度,反而是国内品牌一直是大力推广,其中不乏收益颇丰的企业。今年给人比较明显的变化就是瑞士品牌在大陆销售的渠道变化,不时爆出品牌与天猫或者京东的合作信息,其中不少大牌,比如爱彼,萧邦,真力时,豪雅等等,以往被视为廉价的互联网销售,现如今反倒成了一些大牌的经济增长点。从这里可以看出品牌营销策略变化的端倪,从谨慎试水到热情拥抱,加强品牌直营的力度亲自上阵营销。

[15] YAO Xue-feng,NI Shou-yong,FANG Jing.An analysis of the relations between the stress intensity factor and crack acceleration[J].Engineering Mechanics,1996(8):33-39.(in Chinese)

王雁冰,商禹智,石震鑫,田秋实,王恒攀,张显裕
《爆破》 2018年第1期
《爆破》2018年第1期文献

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