长径比对束状炮孔端部裂纹力学特征影响的研究

摘要

采用动态焦散线实验方法和损伤破坏数值模拟,对平面模型中束状炮孔端部爆生裂纹扩展规律和介质中拉/压损伤区进行了研究。实验结果表明,随着长径比的增大,爆生裂纹的扩展长度增大,扩展角度减小,用于产生端部裂纹的爆炸能量增多,有利于炮孔端部区域岩石破碎。当长径比为5/5时,裂纹扩展最大长度为55 mm,裂纹扩展角约为90°;长径比存在一定值,即当长径比增加到20(30/1.5)时,爆生裂纹扩展长度较大,裂纹扩展角减小到40°,爆生裂纹扩展速度和裂纹尖端应力强度因子整体为最大值;随着长径比的再次增加,扩展角不再变化。数值模拟结果与实验结果一致,炮孔柱部区域形成小面积的"椭圆状"压缩损伤区,而炮孔端部形成"X"形拉伸损伤区,容易形成爆生裂纹,拉伸损伤区半径约为压缩损伤区半径的5倍。