动态断裂

摘要： 提出一种分析弹性固体动态断裂的多尺度扩展有限元方法。该方法采用局部网格细化对网格模型中裂纹部分进行处理,并利用可变结点单元连接不同尺度网格单元,在提高数值计算精度的基础上,节省了计算成本;利用隐式Newmark时间积分和相互作用积分求动应力强度因子。通过算例数值计算结果与已有文献结果进行对比,验证方法优劣性。结果表明:多尺度扩展有限元方法是模拟弹性结构动断裂的一种有效数值方法,相较于标准扩展有限元方法具有更高的精度。

摘要： 人物简介:林皋,1929年1月生于江西省南昌市,中共党员,中国科学院院士,著名水利工程及地震工程专家,大连理工大学教授。长期从事水工结构工程领域的教学和研究工作,在水坝抗震理论和模型实验技术、地下结构抗震分析和混凝土结构动态断裂技术理论研究方面作出了重要贡献,在解决大坝、海港、核电厂等工程实际问题的关键技术方面发挥了重要作用。先后获得国家科技进步一等奖、能源部电力科技进步一等奖、国家教委科技进步二等奖等奖项。

摘要： 为揭示巷道开挖或采矿过程中的煤体动态断裂规律,采用离散虚内键(discretized virtual internal bond,DVIB)方法对突然卸荷条件下的煤体动态断裂进行研究.结果 表明,突然卸荷动态断裂具有显著的三阶段特征:初始破坏、稳定破坏和加速破坏阶段.本研究考虑顶板下沉作用,定量地总结了煤岩体卸荷过程中裂纹面随时间的演化规律.随着地应力增大,初始和加速阶段的动态断裂过程更为剧烈,稳定阶段的持续时间也更短.顸板下沉速率对初始破坏阶段基本没有影响;随着顶板下沉速率的增大,稳定和加速破坏阶段的破坏程度增强.围岩刚度越大,稳定破坏阶段的持续时间就越长.本研究对于冲击地压的预测和防治具有较重要的参考意义.

摘要： 为确定典型的压力容器钢材Q390D的裂纹扩展阻力曲线,对含预制裂纹的核用Q390D钢试样进行夏比冲击试验,得到了试样的载荷–位移曲线和冲击吸收功曲线.通过柔度变化率法计算试样的起裂时间,并分别采用准静态法、经验的Schindler法和归一化方法分析得到Q390D钢在冲击载荷下的动态裂纹扩展阻力曲线(J-R曲线).归一化方法在计算过程中考虑到裂纹扩展的修正,其J-R曲线的预测精度与实际误差较小,但计算过程较为繁琐,效率较低.对比分析表明,与归一化方法相比,准静态法由于未考虑动态效应,J-R曲线的精度较低;Schindler法的相对误差较小,得到的J-R曲线偏于保守,且便于求解,适用于工程应用.

摘要： 电磁霍普金森(E-Hopkinson)杆实验技术是利用电磁驱动的方式替代了传统霍普金森杆中子弹撞击加载杆来产生应力波,是电磁驱动技术与霍普金森杆实验技术相结合而发展起来的一种新的动态加载技术.本文综述了E-Hopkinson杆实验技术在单轴单向/双向及动态双轴对称压缩/拉伸、复合材料的层间断裂、金属动态包辛格效应等领域的应用现状,涵盖了实验研究,理论分析及数值模拟等,最后对该实验技术未来发展方向进行了展望.

摘要： 应变片法等动态应力强度因子的测试方法多数基于应变场的静态渐近解,而渐近解在动态断裂问题中的应用存在局限性.本文对Hopkinson拉杆加载改进的紧凑拉伸剪切试样进行数值模拟,分析裂尖应变场数值解与渐近解的差异,指出应变片法求解动态应力强度因子的合适位置.结果表明:应变分量的数值解只在特定区域内与渐近解较好地符合,而在其他区域二者差异较大.在此区域内,基于渐近解求解动态应力强度因子所带来的误差与应变分量的误差在同一量级.对于不同的载荷工况,渐近解的适用区域不同,因此不能盲目地应用静态渐近解求解动态断裂问题,需要针对具体问题具体分析.

摘要： Rapid crack propagation and catastrophic fragmentation frequently occur in brittle materials, such as rocks, ceramics, glass and solid explosives, under intense dynamic loading imposed by the explosion and impact. Understanding the correlation between the evolution of mesoscopic crack network and the macroscopic dynamic response plays a key role to improve the reliability and the safety of brittle materials, while it still poses a great challenge to such modeling and simulation. In order to overcome the algorithm difficulties caused by complex processes, such as the random initiation of crack network, the extrusion and friction of crack surfaces, and the staggered propagation of a large number of cracks in brittle materials subjected to explosion and impact loading, the lattice model, one of meshfree methods, has received sustained attention and considerable development. In this paper, we introduce the theory and implement of the lattice model and its representative results on brittle fracture research. Its shortcomings and the direction of improvement have also been discussed.%岩石、陶瓷、玻璃、固体炸药等脆性材料在爆炸与冲击施加的强动载荷作用下易发生迅速的裂纹扩展和灾难性的断裂破碎，造成材料、器件、装置的功能失效和事故危害。理解脆性断裂过程中介观裂纹网络演化与宏观动态响应的关联是提升脆性材料可靠性和安全性的关键，但同时也是计算建模与数值模拟研究面临的难点。为了解决爆炸与冲击加载下脆性材料中裂纹网络随机萌生、裂纹面挤压摩擦、大量裂纹交错扩展等复杂过程带来的算法困难，一种无网格/粒子方法—“格子模型”得到了持续的关注和长足的发展。本文综述了格子模型的原理和方法，介绍了运用格子模型开展脆性断裂研究的代表性成果，分析了格子模型存在的不足与改进的方向。

摘要： 随着计算机技术和实验诊断技术的发展，分子动力学（MD）方法在冲击动力学领域发挥着越来越重要的作用。从MD方法的基本原理出发，介绍了积分算法、相互作用势、常用的数据处理方法，系统梳理了MD方法在冲击加载下金属材料的塑性变形、相变、动态损伤断裂（层裂）等研究的应用。其中：在冲击塑性方面，主要阐述单晶、双晶和多晶体系中的塑性变形机理，以及变形过程与微结构等的联系；在冲击相变方面，主要以金属铁为例，介绍耦合冲击相变与冲击塑性的MD计算模拟工作；在动态损伤断裂方面，主要阐述冲击加载下金属材料中孔洞动态演化及贯通、激光加载下材料的动态响应等工作。最后，对MD方法的未来应用进行了展望，以期为相关领域的研究提供参考。%With the development of computer science and technology and diagnostic techniques, molecular dynamics (MD) simulation plays an increasingly important role in the field of shock dynamics. This review presents the basic principle of MD firstly, followed by integrated algorithm, inter-atom potentials, and some widely used data processing methods. Then the applications of MD in the plastic deformation of metals, phase transitions, and damage and fracture under shock loading (spallation) are presented in a systematic manner. The shock plasticity is focused on the micro-mechanisms of plastic deformation and the relationship between the deformation process and micro-structures in single crystals, twin crystals, and polycrystals. In terms of shock-induced phase transitions, the iron is taken as an example to emphasize the research focusing on the coupling of shock transitions and shock plasticity. The contents of dynamic damage and fracture mainly cover the void evolution and coalescence, dynamic response of materials under laser loading, and so on. Finally, a brief summary and perspective of MD regarding to future applications are offered, intending to provide the further information for the related researchers.

摘要： 针对含预制裂纹L形梁柱试件,为研究预制裂纹动态扩展的力学特征及其对梁柱试件破坏模式的影响,采用数字动态焦散线实验系统,对距节点核心区不同距离l处含有预制裂纹的试件进行落锤冲击实验,得到预制裂纹的扩展轨迹、速度、动态应力强度因子的变化规律.结果表明,l值增大,扩展裂纹在梁下边缘的贯通点与预制裂纹的夹角逐渐增大,曲裂程度变大.裂纹扩展速度随着l的增大振荡性增强,裂纹扩展平均速度逐渐降低.l值为2 mm时,裂尖表现为Ⅰ型断裂,l值增大,裂尖受到剪应力作用增强,Ⅰ型动态应力强度因子减小,Ⅱ型动态应力强度因子增大,断裂逐渐转变为Ⅰ-Ⅱ复合型.%The dynamic propagation mechanics of prefabricated crack and its effect on joint were studied for the impact fracture process of L-shaped beam-column specimens with prefabricated cracks.The drop testing was carried out on the specimens with cracks at different distances l far from node core area by using the digital dynamic caustic system and the variations of crack propagation trajectory,velocity and dynamic stress-intensity factor were obtained.The results show that the increase of l leads to the angle between the penetration point of the extended crack at the edge of the beam and the prefabricated crack increases gradually and the degree of crack curving becomes larger.With the increase of l,the oscillation of crack propagation velocity increases,the average velocity decreases and the crack propagation time is gradually prolonged.When the value of l is 2 mm,the fracture pattern is mode Ⅰ.Asthe value of l increases,the crack tip is increased by the shear stress,the dynamic stress intensity factor of mode Ⅰ decreases and the dynamic stress intensity factor of mode Ⅱ gradually increases.The fracture pattern gradually becomes Ⅰ-Ⅱ complex mode.

摘要： 采用新型数字激光动态焦散线试验系统,结合落锤冲击加载试验台,研究了含不同缺陷结构材料的动态断裂行为.研究结果表明:缺陷结构的存在对试件断裂形态及裂纹起裂过程没有影响,对裂纹的扩展具有明显的抑制作用;含孔洞缺陷结构比含裂纹缺陷结构材料对裂纹扩展的抑制作用更加明显;相较于无缺陷结构材料的裂纹扩展速度和动态应力强度因子变化趋势,含裂纹缺陷结构材料与之基本一致,含孔洞缺陷结构材料与之相差较大.

摘要： 金属棒料的下料是工业生产中最基本的工序之一,棒料的高效精密下料方法及其动态断裂力学行为研究是当今的热点研究问题.本课题依托已授权的棒料新型下料发明专利技术,以及研制的计算机控制下料试验装置,采用理论计算、数值模拟和试验研究相结合的方法,对流体径向冲击高效可控精密下料过程的动态断裂力学行为进行了全面系统的研究.

摘要： 本文采用反射式焦散线方法，研究了物理老化对聚碳酸酯(PC)动态断裂性能的影响。选用落锤加载的冲击加载方式，采用高速摄影系统记录了裂纹起裂、动态扩展的过程。由动态断裂过程中焦散斑的变化，得到老化PC动态断裂韧性及裂纹扩展信息，结合断口分析及能量释放率变化进一步分析比较了老化对PC断裂性能的影响。结果表明，对于不同的老化时间段，断裂性能变化趋势不同。老化时间较小时，断裂韧性及临界能量释放率随老化时间的增加而降低；在超过一定老化时间后，反而没有明显变化或者略有增加。老化并非线性的改变材料的力学特别是断裂性能。

摘要： 采用实验-数值方法对30CrMnSiA钢的三点弯曲试样在6种子弹速度的冲击载荷作用下进行了动态断裂韧性的测试，并对其加载速率相关性进行研究。实验由Hopkinson压杆系统完成，试样的起裂时间采用应变片法测得。结合有限元三维动态模拟，得到了不同加载速率下试样动态应力强度因子的时间历程，并由实测的起裂时间确定材料动态断裂韧性。结果表明。30CrMnSiA钢在本工作加载速率范围内(1.17～1.82×106MPa·ml/2/s)以准解理断裂的形式发生破坏，其动态断裂韧性随加载速率的增加而减小。结合断口形貌对上述研究结果进行了微观机理分析。

摘要： 本文采用焦散线方法对正交各向异性材料中Ⅰ型裂纹在不同加载速率下的动态断裂问题进行了研究。针对单向玻璃纤维增强环氧树脂复合材料，首先对不同加载速率下的焦散线曲线以及初始曲线进行了理论比较，并采用焦散线实验技术测得了不同加载速率下(分别为7.68×104 N/s和3.53×106 N/s)的应力强度因子以及裂纹扩展速度。最后，结合扫描电镜对试件断口进行的细观观测，对该复合材料的动态断裂机理进行了分析。

摘要： 爆炸载荷下介质的动态响应和裂纹扩展是爆破工程和技术的核心问题,焦散线实验方法对于研究裂纹扩展行为和裂纹尖端应力集中程度具有优越性.目前大多是采用透明材料(PMMA有机玻璃等)来模拟爆炸物体,而爆破工程材料大多是非透明介质(比如岩石),对于非透明材料中爆生裂纹扩展的焦散线实验研究还鲜有文献报道.本文提出了采用反射式焦散线实验方法研究非透明介质中爆生裂纹的实验方法,建立了爆炸加载反射式焦散线实验系统,探讨了研究爆生裂纹在非透明介质(人造石)中扩展行为的实验技术.该实验方法拓展了焦散线实验的应用范畴,为研究更多非透明介质的工程材料的爆炸动态断裂机理和材料的动态断裂韧性提供了思路和实验方法。

摘要： 现代战争中，潜艇不可避免地会受到来自水中的非接触爆炸冲击波的作用，在冲击载荷的作用下。结构极易从裂纹处发生突然脆性断裂，造成巨大的人员伤亡和财产损失。本文基于大型通用有限元分析软件ANSYS研究了带有初始表面裂纹的潜艇典型结构在不同下潜深度、不同爆心到船壳距离R和不同作用方位冲击载荷作用下的动态应力强度因子及其最大值与冲击因子的变化规律，然后以921A钢为例对多种工况下结构是否发生失稳断裂作出初步判断。

摘要： 材料动态力学性能的实验研究进展紧密依赖于测试技术的进步和发展。在高应变率的平板撞击实验中，通常利用埋入式应力计获得样品中应力历史或VISAR获得样品自由面粒子速度信号来研究材料的动态力学性能，这两种测量方法各自存在自身的优点和缺点。本文利用平板撞击实验，采用具有高时间-空间分辨率的阵列多普勒探针测量技术(其空间分辨率为127um)，以含预制缺陷的K9玻璃作为研究对象，在口径为Φ37mm火炮加载装置上，测到了样品自由面上不同位置的自由粒子速度信号，分析了材料内部预制缺陷对冲击压缩过程中样品自由面粒了速度信号的影响。本文的实验研究方法提供了一种从细观尺度研究材料动态断裂问题的研究思路。

摘要： 利用Hopkinson压杆技术,采用三点弯曲试样,对0Cr18Ni10Ti管道焊缝裂纹进行了冲击载荷作用下的动态断裂实验,得到了试样的起裂时间,为后续动态起裂韧性的计算确定提供了实验依据.

摘要： The micromechanical damage model proposed in Huang et a1.(2002) [Huang C,Subhash G, Stanley JV. A dynamic damage growth model for uniaxial compressive response of rock aggregates. Mech Mater 2002:34:267-277] is modified to predict the dynamic damage evolution of concrete subjected to dynamic axial compression loads under different lateral confinement conditions. It shows that the stress-strain response, the compressive strength and the damage growth rate are strongly influenced by the confining pressure. It is also found that when the strain-rate exceeds 104 s-', the compressive strength tends to be greatly depended on strain-rates.

摘要： The micromechanical damage model proposed in Huang et a1.(2002) [Huang C,Subhash G, Stanley JV. A dynamic damage growth model for uniaxial compressive response of rock aggregates. Mech Mater 2002:34:267-277] is modified to predict the dynamic damage evolution of concrete subjected to dynamic axial compression loads under different lateral confinement conditions. It shows that the stress-strain response, the compressive strength and the damage growth rate are strongly influenced by the confining pressure. It is also found that when the strain-rate exceeds 104 s-', the compressive strength tends to be greatly depended on strain-rates.

摘要： 本发明提供一种用于被组装到曲轴上的贯通孔部分被断裂分离成近半圆的连杆的制造所适合的、断裂分离性优异的轧制材。满足规定的成分，在观察棒状轧制材的相对于纵长方向的平行截面的D/4部(D是轧制材的直径)时，硫化物系夹杂物的平均长宽比为10.0以下，并且，由下式(1)表示的Pc为0.41～0.75，并且，由下式(2)表示的Veq为0.18质量％以上。Pc＝C/(1-α/100)…(1)，(式(1)中，C表示钢中碳含量(质量％)，α表示铁素体分率(面积％))，Veq＝V+Ti/2+Si/20…(2)，(式(2)中，V、Ti、Si表示钢中的各元素的含量(质量％))。

摘要： 本发明提供一种用于被组装到曲轴上的贯通孔部分被断裂分离成近半圆的连杆的制造所适合的、断裂分离性优异的轧制材。满足规定的成分，在观察棒状轧制材的相对于纵长方向的平行截面的D/4部(D是轧制材的直径)时，硫化物系夹杂物的平均长宽比为10.0以下，并且，由下式(1)表示的Pc为0.41～0.75，并且，由下式(2)表示的Veq为0.18质量％以上。Pc＝C/(1－α/100)…(1)，(式(1)中，C表示钢中碳含量(质量％)，α表示铁素体分率(面积％))，Veq＝V+Ti/2+Si/20…(2)，(式(2)中，V、Ti、Si表示钢中的各元素的含量(质量％))。

摘要： 作为嵌插于金属制部件、连杆(B)的贯通孔(5a)的对开式的芯轴(27)，使用抵接于位于刚性低的一侧的贯通孔的侧面且与贯通孔的直径对应的半圆形的第一芯轴构件(27a)以及抵接于位于刚性高的一侧的贯通孔的侧面且直径尺寸小于第一芯轴构件的半圆形的第二芯轴构件(27b)，在断裂时进行使刚性接近各向同性的校正，使在金属制部件、连杆产生的龟裂沿目标断裂面(α)进展。

摘要： 本发明公开一种岩石动态II型断裂韧度的测试系统及方法，测试系统包括操作平台、支撑底座、气缸、冲击杆、入射杆、透射杆、Z字形岩石试件和吸收杆；气缸设置于操作平台，气缸输出端设有冲击杆，支撑底座设置于操作平台上方，冲击杆一侧的支撑底座上依次设置有入射杆、透射杆和吸收杆，入射杆与冲击杆相近的端面上设有整形器，入射杆和透射杆之间夹持有Z字形岩石试件；入射杆与透射杆上均设有应变片，应变片通过屏蔽信号线与数据采集处理系统连接；Z字形岩石试件是通过对一个圆柱形岩石的对角方向分别切割掉相同大小的半圆柱体后得到，Z字形岩石试件的中部设有沿水平直径方向贯穿Z字形岩石试件的中心裂纹。

摘要： 本发明公开一种高亲和力动态捕获DNA双链断裂修复相关蛋白的方法,属于生物技术及细胞生物学领域。所述方法先将归位内切酶I‑sceI与突变型生物素连接酶BirA*连接构建融合表达质粒，然后构建DNA同源重组修复报告模式细胞(以下简称DR‑GFP)，再用融合表达质粒转染DR‑GFP模式细胞，靶向诱导模式细胞发生DNA双链断裂，使得DNA双链断裂修复蛋白募集于损伤位点启动修复，同时融合蛋白中的生物素连接酶将损伤位点及邻近参与修复的内源性蛋白进行生物素化，通过链霉亲和素‑生物素分离法捕获相关蛋白分子。这种方法可以高效捕获DNA双裂断裂修复过程中的所有蛋白分子，弥补了传统蛋白互作技术的不足，具有快捷、高效、廉价等优点。

摘要： 本发明公开一种考虑动态损伤演化的气体爆炸下管道动态断裂预测方法，该方法具体包括如下步骤：建立管道的有限元模型，定义管道材料热黏塑性本构模型，定义管道材料的计及应变率影响的损伤演化模型，定义在管道内表面施加的气体爆炸载荷，并完成气体爆炸载荷的加载；定义并施加管道的边界条件，求解计算管道有限元模型，对管道的动态断裂过程进行仿真。本发明的断裂预测方法考虑了高应变率下材料的损伤演化，且损伤演化率同时依赖应变与应变率，可更为准确地预测内爆炸下管道动态断裂过程；且相比于流固耦合模拟，本发明中气体爆炸载荷通过用户自定义函数作为压力边界条件施加，无需模拟气体爆炸过程，计算效率高。

摘要： 本发明提供一种复杂应力状态下材料动态断裂性能的试验表征方法，包括：根据目标结构的服役环境和极端工况，分析目标结构的服役应力状态和应变速率变化范围；根据服役应力状态和应变速率变化范围，结合高速拉伸试验机的测试加载条件，设计复杂应力状态的若干断裂试样；根据应变速率变化范围，设计多个应变速率的复杂应力状态的动态断裂试验方案；根据若干断裂试样在多个应变速率下的动态试验条件，进行仿真逆向推导，获取试验加载条件；根据动态断裂试验方案和试验加载条件，采用高速拉伸试验机，结合非接触应变测量系统对若干断裂试样进行测试，获取目标结构在复杂应力状态下的服役动态断裂性能。本发明能够反应材料的实际服役断裂性能特征。

摘要： 本发明公开了一种UHPC的I型动态断裂韧度的测试试样、装置及方法，该测试试样整体呈半球状，在测试试样的端面上设有半圆槽，在半圆槽的槽底还设有裂纹，裂纹沿轴向方向向测试试样半球状的圆心方向延伸。测试装置包括测试试样和测试机构，测试机构包括冲击载荷发射组件、入射杆和透射杆；测试方法为利用冲击载荷发射组件在入射杆上产生冲击载荷，通过入射杆和透射杆在测试试样的两侧端面施加动态压缩载荷，以得到裂纹非定常数扩展过程中动态应力强度因子与速度和加速度的关系。本发明可全面研究UHPC的I型动态断裂过程，能针对裂纹扩展过程中速度、加速度与动态断裂韧度的关系进行研究，所得结果准确可靠，填补了该研究领域内的空白。

摘要： 本发明提供一种可视化岩板动态断裂实验装置及监测方法，该装置包括外釜体、图像采集组件、围压加载组件以及流体注入泵；外釜体内部形成有密闭圆柱形空间，外釜体的顶部透明设置，圆柱形空间内设置有用于放置样品的样品座，样品座底部开设有注液孔；图像采集组件沿轴向安装于外釜体的上方并用于采集外釜体内样品在断裂过程中的动态图像；围压加载组件在同一平面内分别沿X向、Y向和Z向对样品施加载荷；流体注入泵与注液孔通过管道连接并用于从底部对样品进行注液。本发明通过对实验样品在真实储层地应力条件下水力裂缝动态扩展的可视化直观监测，真实记录裂缝的动态扩展过程，为水力压裂室内实验研究提供了新方法。

摘要： 本发明公开了一种求解压电复合材料动态断裂强度因子的相互作用积分方法，所述方法考虑到动态载荷对压电材料相关的J积分的影响以及对相互作用积分形式的改变，通过严格的理论推导得到了动态载荷下含复杂材料界面的压电复合材料的相互作用积分方法新的区域积分表达式，从而提出了一种可以求解动态载荷作用下的压电复合材料的动态强度因子的方法。本发明的相互作用积分方法针对含复杂界面的压电复合材料适用，并且通过严格的理论推导证明材料界面对相互作用积分的值不产生影响，这在极大程度上扩大了传统相互作用积分方法的使用范围。通过对压电复合材料属性的设置，可以实现对不同形式的压电复合材料中裂纹的动态应力强度因子和动态电位移强度因子的计算。