花岗岩动态劈裂拉伸实验及动力作用机制

摘要：

岩石作为一种常见的工程材料,其动态拉伸力学性能的准确核定及其破坏机理至关重要.借助霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验装置,对75块花岗岩试样进行了不同冲击速度下的动态劈裂拉伸实验,分析其动态强度与变形的应变率效应,以及冲击劈裂后的破坏形态,进而得到花岗岩试样的应变率、应力峰值、弹性模量等相关力学参数之间的关系.研究表明,在动态劈裂实验中,应变率约在100 s-1左右,花岗岩试样开始出现裂纹;应变率在100～150 s-1内,花岗岩试样在冲击后为破碎状态;当应变率超过150 s-1后花岗岩在冲击加载后试样为粉碎的状态.随着应变率的逐渐增大,动态拉伸弹性模量逐渐增加,但峰值应变却随着应变率的增大而逐渐减小,表明随着应变率的提高,花岗岩的变形能力变差,更易破坏.同时提出了动态拉伸敏感性指标,该指标物理意义明确,能够准确反映岩石类准脆性介质在动态拉伸受力情况下的率效应.进而通过数值模拟,分析验证了冲击劈裂实验的应力波传播三阶段、试样破坏特性及裂纹衍生规律.进一步地,基于Hopkinson效应和冲击劈裂现象相结合的动态拉伸强度,其本质上是受岩石的不均匀性、应力速率、相邻微裂纹处释放的应力引起的裂纹止裂以及裂纹扩展速度等众多因素的共同影响.

关键词：花岗岩、霍普金森杆、动态拉伸、应变率、劈裂

所属期刊栏目：22

分类号：O319.56(理论力学（一般力学）)

资助基金：北方工业大学毓杰项目;北方工业大学科研基金

在线出版日期：2022-03-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：2177-2184