更全的杂志信息网

含预制裂纹的悬臂梁-柱试件冲击断裂实验

更新时间:2009-03-28

梁-柱节点作为建筑结构的重要部位,其强度和承载力的大小直接影响建筑的安全使用和耐久性。随着建筑服役年限的增加,在节点附近不可避免的形成损伤,带损伤的节点性能更应引起关注。韩冬等[1]进行了剖分T形梁柱节点的拟静力实验。樊健生等[2-3]对空间钢-混凝土组合节点的抗震性能进行了系统研究。王元清等[4]分析了有关焊缝的影响因素对节点材料断裂韧性的影响。杨勇等[5]建立了人工裂纹扩展的断裂准则,定量解释了节点发生脆性断裂的原因。张大长等[6]研究了节点在加固前后破坏模式的变化。李振保等[7]探讨了梁柱节点在45°方向地震作用下破坏机理。上述研究大多基于拟静力加载,而在动态荷载下结构的破坏机制较静态有较大区别。戚承志等[8]对不同应变率下材料对应变率的依赖性机理做了探讨,发现随着应变率的增加,材料的惯性效应逐渐增强。裂纹尺度不同时材料的响应也是不同的[9],动态断裂韧度不只与裂纹形态、应力相关,还与时间或者裂纹的传播速度相关[10]。目前对于节点的动态破坏研究[11-12]多是针对钢框架的冲击破坏,通过对比分析数值计算结果和实验得到的各种力学参数时程曲线,进而得到动载作用下节点的破坏形态,并未再现应力波与裂纹的相互作用过程,也未对裂纹起裂、扩展、失稳断裂的全过程进行分析。

焦散线法对裂尖应力梯度的变化具有较高的敏感性,该方法能够将裂尖应力场转变为简单的几何光学图形,常作为研究含缺陷结构断裂破坏的实验手段。姚学锋等[13]利用焦散线法对含偏置裂纹的三点弯曲梁进行了横向冲击的断裂力学实验研究,分析了应力波与裂纹尖端的相互作用。李清等[14]对比分析了冲击荷载作用下单裂纹与双裂纹试件的应力强度因子,裂纹扩展轨迹以及速度、加速度的变化规律。杨立云等[15]利用落锤冲击含预制裂纹的有机玻璃,研究了裂纹缺陷对主裂纹的起裂时间、裂纹扩展最大速度和裂纹尖端动态应力强度因子的影响。郭东明等[16]探究了爆炸荷载下邻近硐室迎爆侧围岩中原先裂纹的扩展机理。

实施风选项目后,2017年,该煤炭企业原煤产量为67.74万吨,其中商品煤销售总量58.84万吨,块煤销量13.52万吨,块煤率22.98%,商品煤综合售价459元/吨,块煤综合售价643元/吨,商品煤销售收入达2.7亿。

本文利用数字动态焦散线实验系统,研究柱端含不同倾斜角度预制裂纹悬臂梁-柱试件在冲击荷载下的破坏行为,探讨含裂纹梁-柱试件的冲击断裂破坏机制,为裂纹扩展轨迹的预测和结构的安全防护提供理论参考。

以公路工程所在区域对应的数字地形图为基础,采用自动方式或手动方式完成路线平面布局,将其作为路线平面分析及横、纵断面分析的重要基础。其主要功能包括:自动提取设置文件与资源,对现有平面线路进行调用;自动完成线路的设置,根据相应的坡度范围完成平面线路准确设置;对线路设置进行保存,实现线路选定结果的存盘,为随时调用做好准备;进行平面线路综合分析,即按照设计要求对选定线路的转角及坡度进行分析[1]。

1 实验原理与动态焦散线实验系统

1.1 实验原理

具有裂纹面的试件受到拉应力σ0的作用,由于尖端附近的应力梯度变大使得折射率发生改变。垂直入射的平行光发生折射,进而在参考平面形成阴影区(图1),这一阴影区就是散斑。焦散线法可以将物体应力奇异性区域的复杂变形状态,转化成直观的光学图形。受拉-剪复合作用的焦散斑形状如图2所示,只需测量散斑直径的最大值和最小值就可得到裂纹尖端的应力强度因子。

⑤ René Prieto.Miguel ángel Asturias’s archaeology of returnng.New York:Cambridge University Press,1983,P32.

  

图1 焦散线成像示意图Fig.1 Schematic diagram of caustic formation

  

图2 Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹尖端焦散斑形状Fig.2 Caustic shape at crack tip under mixed mode of crack

1.2 数字动态焦散线实验系统

数字动态焦散线系统能够实时记录裂纹动态起裂、扩展的全过程。图3为实验光路示意图,实验中落锤与加载头接触的同时触发断通开关,高速相机开始计时。光源采用绿色激光光源,光强范围可以在0 ~200 mW之间调节,实验光强为100 mW。高速摄像机为美国Fastcam-SA5(16G)型彩色高速数码相机,最大拍摄速度为106 fps。实验中,预设拍照时间间隔为10 μs,照片分辨率为320 pixel×192 pixel。

  

图3 实验光路示意图Fig.3 Schematic diagram of experimental optical system

2 实验方案与动态力学参数的确定

2.1 实验方案

受实验系统限制,采用钢材、混凝土的反射式焦散线实验较难取得理想效果。实验材料裂纹尖端的断裂基于线弹性断裂力学,对强度、屈服点并无严格要求,只需满足均质性、各项同性。因此实验选用透光性较好的有机玻璃板(polymethyl methacrylate,PMMA),便于观测动态裂纹的扩展,且能够客观反映冲击荷载与预制裂纹的相互作用。

实验中,玻璃板厚度为5 mm,预制裂纹宽度控制在0.3 mm之内,为便于实验分析,避免裂纹过长导致的试件瞬态破坏,将裂纹长度设置为6 mm。裂纹起始位置距节点下侧边缘为2 mm。预制裂纹倾斜角度α设置三个变量0°、30°、60°,对应的试件记为A、B、C,图4为试件示意图。

  

图4 试件示意图Fig.4 Schematic diagram of experimental specimen

实验采用落锤冲击加载,落锤质量为1.4 kg,冲击加载高度可在0~300 mm内调节,为保证每次冲击能量一致,落锤最终采用280 mm的下落高度,冲击加载速度v≈2.4 m/s。图5所示为冲击加载装置,试件的柱底端采用支架固支约束,由于支架波阻抗较大,可忽略应力波在支架中的损失。为模拟悬臂梁段受到冲击荷载试件的破坏,加载点距试件自由端距离设置为20 mm。

  

图5 冲击加载装置Fig.5 Experimental device under impact loading

2.2 动态力学参数的确定

2.2.1 裂纹扩展方向角

试件A初期沿预制裂纹方向扩展,拉应力作用明显,主要为Ⅰ型破坏。而后裂纹朝向右下方扩展,到最低点后扩展轨迹发生改变,裂纹向上曲裂,最后在梁柱交点处贯通。

tanθ=dY/dX

(1)

式中,θ为裂纹扩展方向与水平方向的夹角。

2.2.2 裂纹扩展速度

当这一案件在美国国内法院还处于争议阶段的时候,中国将美国商务部的相关调查与决定起诉到世界贸易组织争端与解决机构(以下简称“争端与解决机构”)。世贸组织专家组收到的诉状与美国国内法院相比有很大不同。在美国法庭,案件主要讨论的是商务部是否有权向非市场经济国家征收反补贴税。而在专家组面前,争论则主要集中在“双反”问题产生的来源以及造成的双重救济伤害。例如,依据《反补贴协议》第1条第1款,中国国有企业是否构成“公共机构”,从而使相关的措施构成政府补贴,而反补贴措施因此合法。

(2) 试件A、B、C的裂纹扩展角均在裂纹扩展到悬臂梁-柱试件柱子中线附近时达到最大值。这是因为在柱子中线附近弯矩较小,剪切力随着裂纹的扩展逐渐增加,使得偏转程度变大。裂纹扩展到(0.65~0.77)h(h为试件中柱子的宽度)时,开始出现压应力的作用,扩展轨迹偏离原先轨迹切线方向,第二次曲裂发生。这一现象说明应力波及裂纹间的相互作用使得柱中的应力状态发生了重新分布,较静力状态有了较大不同,中性轴不再位于柱的中部,而是向右侧偏移,所以扩展裂纹开始受压的位置也相应发生了改变。

(2)

随着裂纹传播速度增加,F(v)逐渐减小。当v/CS<0.6时,焦散斑的形状与静态差别很小,其值取为1。

式中,CP为膨胀波的传播速度;CS为剪切波的传播速度;v为裂纹扩展速度。

 

(3)

2.2.3 动态应力强度因子

冲击荷载作用下,试件内形成了自加载点向四周扩展的冲击应力波。对于拉-剪复合型裂纹,Kalthoff[18]给出了扩展裂纹尖端的动态应力强度因子表达式:

 

(4)

 

(5)

式中,Dmax为焦散斑的最大直径(图2);z0为试件到参考平面的距离,z0和试件变形确定后,焦散斑的形状和大小是唯一确定的,本次实验取z0为0.87 m;d为试件的实际厚度;Ct为材料的动态应力光学常数,有机玻璃的动态力学参数见表1;Ed为动态弹性模量;λ为动态泊松比;g为应力强度数值因子;μ为应力强度因子比例系数。

 

表1 有机玻璃试件的动态力学参数Tab.1 Dynamic mechanical parameters of PMMA specimens

  

参数CP/(m·s-1)CS/(m·s-1)Ed/GPaν│Ct│/(m2·N-1)数值232012606 10 310 86×10-10

文献[19]给出了μ与(Dmax-Dmin)/Dmax之间的关系曲线,以及gμ间的关系曲线。通过测量焦散斑特征尺寸DmaxDmin即可得到μg值。与静态加载相比,当裂纹具有扩展速度时,焦散斑的形状变大。为考虑这种影响,引入速度调节因子F(v)。文献[20]给出了F(v)的表达式:

 

(6)

 

XY求一阶导数,并按式(3)确定裂纹尖端在不同时刻的扩展速度:

式中,anbn为多项式系数,可由最小二乘法求得。

虽然湖区圩堤防洪能力有了较大提高,但工程防洪体系仍不完善,圩堤建设欠账较多;历年防洪过程中也暴露出一些问题,影响工程正常发挥效益。随着鄱阳湖生态经济区上升为国家战略,湖区社会经济建设步入了快车道,对防洪保安的要求也将越来越高。

3 预制裂纹动态扩展的断裂特性

3.1 实验结果

试件B在第Ⅰ阶段,裂纹起裂20 μs后速度达到最大值321 m/s。第Ⅱ阶段,速度极大值振荡减小,在t=820 μs时,速度达到极小值160 m/s,此时裂纹发生第二次曲裂导致扩展路径上表面能增加,根据能量守恒,用于驱动裂纹扩展的能量减小,所以速度达到极小值,随后裂纹扩展速度再次上升。在t=870 μs以后,速度扩展进入第Ⅲ阶段,速度持续减小至试件断裂。

  

图6 试件断裂效果Fig.6 Fracture patterns of samples

裂纹扩展方向角是衡量裂纹扩展过程中曲裂程度的重要参量。分别将水平位移X、竖直位移Y对时间t求导后,按照式(1)确定不同瞬时的裂纹扩展方向角。

试件B在裂纹起裂时就偏离预制裂纹方向,裂纹尖端表现出较强的拉-剪复合破坏特征。

大庆石化公司储运中心办公楼门前有两个园,占地两亩多,距今有30多年历史了。每到春季,园里各种树木冒着嫩芽,开着花朵,把我从不足六平方米的小屋里请出来,让我欣赏着,品味着……

试件C的扩展路径更为曲折,最终近似“S”形。

最后,教师要坚持主题辨析,构建阅读纵横网络。语文教师要研究罗列与课文内容相关的文章,可以是与原文纵向联系的资料,也可以是横向关联的文章,构建阅读纵横网络,如将内容相似、体裁不同的文章进行比较阅读等。让学生自主开展相关文章的延伸阅读,然后参与原文的主题辨析,力争达到学习原文与增加阅读量的双赢。

由图6可知,试件C裂纹尖端的起裂点、贯通点的连线与初始裂纹构成的夹角最大,试件B次之,试件A最小,说明对于柱端含有斜裂纹的悬臂梁-柱试件在发生动态破坏时易发生曲裂且程度更大。

严肃党内政治生活需要通过一定的途径来实现,只有采取相应的举措进行党内政治生活才能将严肃要求落到实处。习近平同志为如何进行严肃的党内政治生活指明了路径,为达到严肃党内政治生活的要求提供了方法。

图7为裂纹扩展的散斑图片,清晰展示了裂纹扩展过程和裂纹尖端的焦散斑变化,限于篇幅本文只选取了部分图片。落锤冲击后,在加载点由于应力波的原因形成一亮点,此时记为0时刻。应力波传播到裂纹尖端处,由于应力集中而出现焦散斑,随着裂纹尖端处应力波与裂纹间相互作用的改变,焦散斑的直径也发生变化。起裂后,裂纹快速扩展并且发生3次曲裂,最终在梁柱交点处贯穿,焦散斑也随之消失。由图7(a)可知,试件A的焦散斑在裂纹起裂前近似一圆形,t=540 μs时裂纹起裂,此后散斑关于裂纹不再对称,表现出复合特征。试件B、C的焦散斑在裂纹起裂前就表现出复合特征,如图7(b)中的t=120 μs、t=330 μs时刻。图7(c)中t=900 μs时刻,在裂纹发生第二次曲裂后复合特征更加明显。

  

图7 裂纹扩展的焦散斑图片Fig.7 Digitalcaustic photos of crack propagation

3.2 裂纹动态扩展轨迹分析

由式(1) 得到裂纹扩展的水平、竖直位移曲线如图8所示。

  

图8 裂纹扩展的水平与竖直位移分量曲线Fig.8 Horizontal and vertical displacement of crack propagation

图9所示为裂纹扩展偏离水平方向曲线。裂纹的断裂轨迹具有一定相似性:起裂后在水平与竖直方向产生位移,水平位移占据主导地位,竖直位移较小,这种差异导致裂纹发生偏转。

试件A在裂纹扩展初始阶段(540 ~560 μs),拉应力作用明显,剪应力分量可忽略不计,裂纹尖端主要为张开变形,即只有水平方向位移。当t=560 μs时,裂纹在剪应力的作用下扩展方向发生改变,第一次曲裂发生;此后竖直、水平方向的位移均呈现递增的趋势。当t=660 μs时竖直方向位移达到最大值(5 mm),此时水平方向位移约为22 mm,裂纹扩展角约为12°;此后裂纹扩展角逐渐减小,裂纹扩展方向再次发生改变,第二次曲裂发生。裂纹扩展后期(780~820 μs),扩展轨迹呈现一直线,第三次曲裂发生。

1.4.3 农村居家养老服务缺乏专业性与针对性 农村地区地域广,老人多,养老服务发展的条件千差万别。不同区、不同街道以及不同社区,老人间差别很大,社区自身的资源更不同。如南京市六合区雄州街道和冶山街道,虽同处于六合区,但在经济发展水平、交通状况、养老服务资源等方面存在较大差距,老年人对养老服务的需求也不同(表2)。目前,农村养老服务的开展大多通过借鉴其他地区的固定发展模式,不注重有效整合当地人力、医疗、企业资源和其他资金支持,忽视当地自身的特殊性,农村居家养老服务的开展未形成区域特色,居家养老服务缺乏针对性。

  

图9 裂纹扩展偏离水平方向曲线Fig.9 Crack propagation offset from horizontal direction

试件B的竖直位移、水平位移均大于试件A,且位移的变化率也更大。当t=720 μs时,裂纹起裂并迅速发生曲裂,随着裂纹的扩展,裂尖的剪应力分量不断增加,曲裂程度也逐渐增加。当t=810 μs时,裂纹扩展角达到最大值(14.6°),较试件A裂纹扩展角最大值增加21.7%。

试件C的水平位移、竖直位移在三者之中是最大的。在t=1 000 μs时,裂纹扩展角达到最大值(22.5°),较试件A,其值增加了87.5%。

工程项目管理信息化建设中,业主缺乏技术经验,仅凭开发商的宣传和自身经验作出投资判断,在投资和开发商选择上容易作出错误的判断。因贪图一些小利而导致成本增加,致使信息化建设以失败告终。为了避免这种结果发生,就要从根本上解决委托代理之间这种信息不对称的问题。在信息化建设中引入第三方会改善业主所处的劣势地位。第三方提供的专业的评估意见会帮助业主更为理性、客观的选择开发商合作,降低投资风险。业主与第三方、开发商之间构成了微妙的利益关系,三方对信息资源各取所需,从而使工程项目管理信息化建设成功的展开。

由三者的裂纹扩展轨迹可得到以下规律:

(1) 在裂纹扩展初期,由于剪力的影响,试件A、B、C发生了不同程度的曲裂,试件A的曲裂程度最小,随着预制裂纹角度的增大,裂纹尖端处的动力响应也发生改变,导致曲裂程度发生改变。预制裂纹倾角为60°时,剪切力比重最大,使得曲裂程度最大。由此可知,含倾斜裂纹的试件在裂纹起裂后更容易发生曲裂。

由焦散斑图片及预设时间可获得裂纹扩展的水平、竖直位移XY。为增加精度,采用文献[17]提出的多项式拟合方法将其拟合成关于时间t的四次多项式:

(3) 试件A、B、C在裂纹扩展的最后40 μs内竖直位移基本不变,裂纹扩展角的变化也趋于稳定,第三次曲裂发生。这是由于随着裂纹扩展,试件受到的压应力逐渐减小,并且已断裂的表面又形成了新的自由面,在裂尖左侧形成了一个新的中心点,这个中心点处形成的拉应力和裂尖右侧的压应力形成新的弯矩,使裂纹发生曲裂,较为平缓的向梁柱交界点处扩展,直至试件断裂。第三次曲裂后裂纹扩展长度较小,为(0.125~0.150)h,裂纹还未彻底曲裂,试件就已完全断裂。

3.3 裂纹扩展速度的变化规律

由式(3) 计算得到裂纹扩展速度,其变化曲线可分为三个阶段,将速度从0增加到最大值的区间称为第Ⅰ阶段;速度振荡变化的区间称为第Ⅱ阶段;速度持续减小的区间称为第Ⅲ阶段,如图10所示。裂纹扩展是非匀速的,说明裂纹扩展过程中裂尖能量释放是非均匀的。

试件A在第Ⅰ阶段,预制裂纹起裂后积累在裂尖的能量迅速释放,裂纹扩展速度在20 μs内达到最大值260 m/s。在第Ⅱ阶段,在t=590 μs、620 μs、670 μs时速度分别达到极大值。由图10(a)可知,动态应力强度因子在这三个时刻达到极小值,这是由于裂纹扩展时积累在裂尖的能量很大一部分转化为扩展裂纹的动能,扩展速度达到极大值,裂尖能量消耗得最多,相应的应力强度因子在这些时刻达到极小值。

为保证实验的可靠性,每种试件实验6次,选取实验效果较好的试件进行分析,试件的断裂效果如图6所示。

在股份制合作社成立之后,推进了农村生产组织化程度,提升了现代林业经营水平;组建过程充分发挥全村党员的作用,有利于促进基层党建工作,提高基层党组织战斗力;在村、队干部中公开推选理事会和监事会成员,有利于培养村、队干部的复合经营管理能力,增强了村干部为民办实事的效率,促进村干部在群众心目中的地位和公信力;引入股份制公司现代经营理念,重大事项经股东会议进行决定,竹林折股、竹林管理、设施投入、财务支出、股权分红等情况公开接受股东监督,合作社已成为基层村民信赖的基层组织。

试件C的预制裂纹在t=900 μs时起裂,第Ⅰ阶段持续 60 μs速度达到最大值390 m/s。第Ⅰ阶段历时最长,原因在于倾斜角度为60°的斜裂纹裂尖积累的能量较多,能量释放使速度达到最大值也需要较长的时间。第Ⅱ阶段,在t=960 μs、1 030 μs、1 050 μs时,速度有三处比较明显的振荡变化,如图10(c)所示,对应裂纹将要发生曲裂的时刻。速度振荡幅度增大说明加速度增大,反映了裂纹扩展过程中加速与减速的过程,与动态应力强度因子的变化规律相一致。在t=1 050 μs时速度达到极大值360 m/s,此后速度变化进入第Ⅲ阶段,70 μs后试件完全破坏。

由上述分析可知,3种试件在第Ⅱ阶段,速度振荡变化的范围分别为190~260 m/s、170~320 m/s、210~390 m/s。试件C的振荡变化幅度最大,试件B次之,试件A最小,说明随着预制裂纹角度的增加,试件破坏时内部应力波的传播,裂尖与应力波间相互作用强弱以及节点内部的应力分布已经有了较大的改变。

由表3可知模型的p值小于0.01,表明该响应面回归模型达到极显著水平。失拟项不显著(p=0.1584),说明该模型对本试验拟合程度较好。回归方程的决定系数R2为0.9583,说明该该模型对实验点的适配度达到95.83%,具有较高的拟合度,仅有总变异4.17%不能用该模型解释,因此可以利用该模型预测上述提取条件对皂苷得率的影响。调整决定系数为0.9047,说明该模型能够解释90.47%的响应值变化,因而模型的拟合度良好,可对盐析辅助酶法的不同提取条件下龙牙楤木皂苷提取得率进行预测。

试件A、B、C裂纹扩展的平均速度分别为161 m/s、196 m/s和205 m/s,呈现出递增的趋势。扩展速度增加,曲裂程度增加,表面能也增大,因此裂纹在起裂前能量积累的时间也较长。这与图10反映的起裂时间随着裂纹角度的增大逐渐增加是一致的。

  

图10 扩展速度随时间变化曲线Fig.10 Correlation between crack propagation velocity and time

3.4 裂纹动态应力强度因子的变化规律

图11为动态应力强度因子随时间变化曲线。由于加载方式不对称,3种试件均处于拉-剪复合应力场中。由图11可知,Ⅰ型应力强度因子始终处于Ⅱ型应力强度因子的上方,说明复合型断裂拉应力占据主要作用。随着预制裂纹角度的增加,逐渐减小,呈现出了不同程度的增加。在预制裂纹起裂前的能量积累阶段,试件A、B、C动态应力强度因子呈现出先振荡增加、后振荡减小的循环变化规律。原因在于应力波传递到裂纹处,预制裂纹相当于一个自由面,应力波在裂纹处发生波的反射、衍射现象,应力波原来的传播方向和幅值发生改变。由文献[21]可知,应力波的反射会形成反射横波与反射纵波,应力波的衍射会在裂纹表面形成拉应力和剪应力,在二者的共同作用下裂纹尖端产生应力集中效应。边界反射回来的反射波和传播到梁柱节点处的应力波在裂尖相互叠加,使得动态应力强度因子发生振荡变化。

试件A在t=540 μs时预制裂纹起裂,此时达到最大值2.20 MN/m3/2。试件B、C分别在t=720 μs和t=900 μs时起裂,对应的分别为2.06 MN/m3/2和1.86 MN/m3/2。预制裂纹起裂时试件A的试件B、C的分别为0.71 MN/m3/2和1.08 MN/m3/2。随着预制裂纹倾斜角度的增加,起裂时Ⅱ型应力强度因子逐渐增加,无量纲量分别为0.13、0.32、0.52,说明试件破坏时剪应力所占的比重逐渐增加,复合特征变明显。

高压侧电缆选用聚氯乙烯护套电力电缆,型号为YJV22,主要特点是三芯铜芯交联,具有良好的电气性能、机械性能和耐化学腐蚀性能,广泛应用于城市电网供电系统。此外,电缆截面积的选择要满足物理校验和短路校验。

  

图11 动态应力强度因子随时间变化曲线Fig.11 Correlation between dynamic stress intensity factor and time

由图11可知,裂纹起裂后有一个迅速下降的过程,这是由于积聚在裂尖处的能量用于裂纹扩展动能的增加和裂纹扩展形成新表面的表面能。随着裂纹进一步扩展,继续振荡变化,说明裂纹扩展过程中裂尖的应力集中程度是不断变化的。这是裂纹扩展过程中,边界的反射波、传播到裂尖的应力波、运动裂纹尖端激发的应力波相互作用的结果。裂纹起裂后,振荡变化的幅度随着裂纹倾斜角度的增加变得更加明显并且持续的时间也更长。而在裂纹起裂前,增长较为缓慢,且增幅也较小,裂纹起裂所需时间变长。这是由于随着倾斜裂纹角度的增加,应力波与裂纹尖端的相互作用减弱,能量在裂纹尖端处不易积累。而裂纹起裂时间取决于裂纹尖端弹性能量孕育的快慢,能量积累越慢,开裂所需时间越长。从断裂力学的角度,裂尖断裂韧度不仅取决于材料的属性,而且还和裂纹角度、形式有关。由最大拉应力准则,随着裂纹角度的增加,其引起裂纹开裂的正应力分量减小,这也是造成裂纹角度大的试件不易开裂、开裂所需时间较长的原因。

4

(1) 在冲击荷载作用下,预制裂纹的起裂是由于尖端的应力集中引起的,柱端含不同角度预制裂纹的试件断裂模式均是Ⅰ、Ⅱ复合型。随着预制裂纹角度的增加,裂纹扩展的曲裂程度增大。

(2) 含直裂纹悬臂梁-柱试件最先开始破坏,安全性较差;随着预制裂纹角度的增加,能量在裂尖积累得越慢,裂纹起裂所需时间越长。

(3) 斜裂纹对速度的影响较大,预制裂纹倾斜角度增加,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减小增加以及剪应力占的比重增加。

(4) 冲击荷载下含预制裂纹悬臂梁-柱试件破坏是一个动态响应过程,能量在裂尖处孕育,积累,达到其断裂韧度时裂纹起裂。在实际工程中,柱端直裂纹的危害较大,应该严加防范其在动态荷载下迅速扩展。

参考文献

[1] 韩冬,布欣,王新武,等.空间剖分T型钢梁柱角节点抗震试验[J]. 浙江大学学报:工学版,2017,51(2):287-296.

Han Dong,Bu Xin,Wang Xinwu,et al. Experiment on seismic performance of spatial beam to corner column connection with T-sub[J].Journal of Zhejiang University:Engineering Science,2017,51(2):287-296.

[2] 樊健生,周慧,聂建国,等.空间钢-混凝土组合节点抗震性能试验研究[J]. 土木工程学报,2014,47(4):47-55.

Fan Jiansheng,Zhou Hui,Nie Jianguo,et al. Experiment study on seismic performance of three-dimensional com-posite beam-to-column joints[J]. China Civil Engineering Journal,2014,47(4):47-55.

[3] 樊健生,周慧,聂建国.空间钢-混凝土组合节点抗震性能试验研究进展[J]. 建筑结构学报,2011,32(12):37-45.

Fan Jiansheng,Zhou Hui,Nie Jianguo.An overview of experimental research on seismic behavior of 3D composite steel-concrete joints[J]. Journal of Building Structures,2011,21(12):37-45.

[4] 王元清,周晖,石永久,等.基于断裂力学的钢框架梁柱节点抗震性能分析[J]. 工程力学,2012,29(4):104-111.

Wang Yuanqing,Zhou Hui,Shi Yongjiu,et al. Seismic analyses of welded beam-to-column connections based on fracture mechanics[J]. Engineering Mechanics,2012,29(4):104-111.

[5] 杨勇,章梓茂,张之宇,等.高层钢结构标准梁柱节点脆性断裂机理研究[J]. 钢结构,2006,21(6):13-17.

Yang Yong,Zhang Zimao,Zhang Zhiyu,et al. Research on brittle fracture mechanic of steel frame connection of tall buildings[J]. Steel Construction,2006,21(6):13-17.

[6] 张大长,韩丽婷,野口博.应用三维有限元法探讨RC梁柱节点的破坏机理[J]. 计算力学学报,2008,25(6):909-915.

Zhang Dachang,Han Liting,Noguchi Hiroshi.Studies on failure mechanism of reinforced concrete beam-column joints using three-dimensional finite element method[J]. Chinese Journal of Computational Mechanics,2008,25(6):909-915.

[7] 李振保,刘春阳,马华.45°方向地震作用下RC空间梁柱节点破坏机制研究[J]. 北京工业大学学报,2011,37(7):1005-1011.

Li Zhenbao,Liu Chunyang,Ma Hua.Damage mechanism research on reinforced concrete spatial joints subjected to 45-degree direction cyclic loading[J]. Journal of Beijing University of Technology,2011,37(7):1005-1011.

[8] 戚承志,钱七虎.岩石等脆性材料动力强度依赖应变率的物理机制[J]. 岩石力学与工程学报,2003,22(2):177-181.

Qi Chengzhi,Qian Qihu.Physical mechanism of depen-dence of material strength on strain rate for rock-like material[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2003,22(2):177-181.

[9] Timothy C,Guilhem F,Andery J, et al. Dynamic fracture analysis by explicit solid dynamics and implicit crack propagation[J]. International Journal of Solids and Structures,2017,110/111:113-126.

[10] Wang Q Z,Yang J R,Zhang C G, et al. Determination of dynamic crack initiation and propagation toughness of a rock using a hybrid experimental-numerical app-roach[J]. Journal of Engineering Mechanics,2016,142(12):1-9.

[11] 王宁,陈英,霍静思.钢框架梁柱节点子结构抗冲击力学性能有限元仿真研究[J]. 振动与冲击,2015,34(18),51-56.

Wang Ning,Chen Ying,Huo Jingsi.FE analysis on dynamic behaviors of beam-column connection in steel frame[J]. Journal of Vibration and Shock,2015,34(18):51-56.

[12] 朱正西.钢框架梁柱组合节点动态冲击性能研究[D]. 长沙:湖南大学,2014.

[13] 姚学锋,熊春阳,方竞.含偏置裂纹的三点弯曲梁的动态断裂行为研究[J]. 力学学报,1996,28(6):661-669.

Yao Xufeng,Xiong Chunyang,Fang Jing.Study of dynamic fracture behavior on three-point-bend beam with off-center edge crack[J]. Acta Mechanic Sinca,1996,28(6):661-669.

[14] 李清,张迪,杨阳,等.含单侧预制裂纹梁的冲击动态断裂过程试验研究[J]. 振动与冲击,2015,34(4):205-210.

Li Qing,Zhang Di,Yang Yang,et al. Dynamic fracture tests for a beam containing unilateral pre-existing cracks under impact loads[J]. Journal of Vibration and Shock,2015,34(4):205-210.

[15] 杨立云,张勇进,孙金超,等.偏置裂纹对含双裂纹PMMA试件动态断裂影响效应研究[J]. 矿业科学学报,2017,2(4):330-335.

Yang Liyun,Zhang Yongjin,Sun Jinchao,et al. The effect of offset distance on dynamic fracture behavior of PMMA with double cracks[J]. Journal of Mining Science and Technology,2017,2(4):330-335.

[16] 郭东明,刘康,罗浪,等.爆炸载荷下邻近硐室迎爆侧原先裂纹扩展机理研究[J]. 矿业科学学报,2017,2(4):348-356.

Guo Dongming,Liu Kang,Luo Lang,et al. Growth of mechanism of original crack facing the blasting side of adjacent tunnel under the blasting load[J]. Journal of Mining Science and Technology,2017,2(4):348-356.

[17] 姚学锋,倪受庸,方竞.动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,1996,13(3):33-39.

Yao Xuefeng,Ni Shouyong,Fang Jing.Analysis of the relations between the stress intensity factor and c-rack acceleration[J]. Engineering Mechanics,1996,13(3):33-39.

[18] Kalthoff J F.Shadow optical method of caustics.∥Handbook on Experimental Mechanics[M].New York:Pr-entice Hall,1987.

[19] Papadopoulos G A.The experimental method of caustics and the det.-criterion of fracture[M]. London:Springer Verlag,1993.

[20] 刘承,苏先基.裂纹扩展速度对焦散线的影响和动态应力光学常数的测定[J]. 实验力学,1988,3(2):109-118.

Liu Cheng,Su Xianji.On the caustics influenced by the crack propagating speed and determination of the dynamic stress[J]. Journal of Experiments Mechanics,1988,3(2):109-118.

[21] Theocaris P S,Papadopoulos G A.The dynamic behavior of an oblique edge-crack under impact loading[J]. Journal of Mechanic Physics:Solids,1984,32(4):281-300.

 
李清,薛耀东,于强,徐文龙,钱路,李娜
《矿业科学学报》 2018年第02期
《矿业科学学报》2018年第02期文献

服务严谨可靠 7×14小时在线支持 支持宝特邀商家 不满意退款

本站非杂志社官网,上千家国家级期刊、省级期刊、北大核心、南大核心、专业的职称论文发表网站。
职称论文发表、杂志论文发表、期刊征稿、期刊投稿,论文发表指导正规机构。是您首选最可靠,最快速的期刊论文发表网站。
免责声明:本网站部分资源、信息来源于网络,完全免费共享,仅供学习和研究使用,版权和著作权归原作者所有
如有不愿意被转载的情况,请通知我们删除已转载的信息 粤ICP备2023046998号