混凝土結構的破壞過程包括裂紋的起裂、擴展及貫通，最終導致整個工程結構破壞。本書針對混凝土內裂紋擴展特性提出了幾種新構型，以便能夠研究動態(tài)裂紋擴展和止裂特征，最后開發(fā)出適合研究動態(tài)裂紋止裂及斷裂參數的新的構型試件及相應測試方法。首先，采用混凝土側開單裂紋梯形開口（single cleavage trapezoidal opening，SCTO）試件進行沖擊斷裂數值模擬，從中觀測到裂紋止裂現象，但止裂是隨機發(fā)生的，且比較分散沒有規(guī)律性，在對SCTO試件的沖擊斷裂試驗中沒有監(jiān)測到裂紋止裂現象，故采用SCTO試件無法測試到裂紋止裂現象。為了有效監(jiān)測裂紋止裂現象和研究裂紋止裂機制，基于應力波反射止裂的思想，改變SCTO試件構型后，提出了三種新的特殊構型，帶V型底邊的半圓邊裂紋（semi-circular edge crack with V-shaped bottom，SECVB）試件、帶圓弧底部的上部梯形開口邊裂紋（trapezoidal openingcrack with arc bottom，TOCAB）試件和帶雙止裂孔的半圓邊裂紋（large semicircular edge crack with two arrest-holes，LSECTH）試件。通過對這三種試件的沖擊斷裂試驗和數值仿真，研究了脆性材料的動態(tài)斷裂特征和裂紋止裂機制。
郎林，工學博士，高級工程師，西華大學碩士生導師，國家公派NUS訪問學者。建筑與土木工程學院力學教學部及力學實驗中心黨支部書記；建筑與土木工程學院教職工工會委員會委員，西華大學第四屆教職工代表大會暨工會會員代表大會代表；國家注冊土木工程師（巖土），國家一級注冊結構工程師，成都市土木建筑學會技術專家?guī)鞂＜遥袊鴰r石力學與工程學會會員，四川省土木建筑學會和成都市土木建筑學會聯絡員，廣安市建筑工程類和國土工程類職稱評審專家，四川省科技項目評審專家。負責和參與國家自然科學基金、四川省自然科學基金、教育部實驗室開放基金等多項省部級縱向和橫向課題的研究。以第1作者和通訊作者在國際國內權威期刊上已發(fā)表SCIEI學術論文10余篇，獲得發(fā)明專利和軟件著作權多項，擔任國內外權威期刊審稿人。
1 緒論1 2 不同加載率下混凝土裂紋動態(tài)擴展特性研究 16 2.1 引言16 2.2 材料動態(tài)參數測試和試驗設備17 2.2.1 試件構型設計17 2.2.2 試件材料的準備 18 2.2.3材料動態(tài)力學參數測試19 2.2.4 沖擊試驗設備22 2.2.5 動態(tài)載荷的測量 23 2.3 動態(tài)裂紋斷裂特征及斷裂參數的仿真分析 25 2.3.1狀態(tài)方程 25 2.3.2破壞準則 26 2.3.3數值模型建立 27 2.3.4裂紋擴展路徑和斷裂參數分析 28 2.3.5裂紋萌生、止裂和再起裂時的粒子速度 32 2.4 裂紋速度和裂紋擴展時間的試驗結果討論 34 2.4.1裂紋擴展時間和裂紋速度 34 2.4.2加載率對裂紋擴展速度和起裂時間的影響 36 2.5 動態(tài)裂紋起裂韌度和擴展韌度的分析 38 2.5.1位移外推法計算SIF 38 2.5.2普適函數的修正和DSIF計算 40 2.5.3動態(tài)數值計算方法驗證 43 2.5.4加載率對動態(tài)斷裂韌度的影響 44 2.5.5加載率對能量釋放率的影響 48 2.6 試件兩端應力平衡討論 51 3 V型底邊對運動裂紋的止裂研究 53 3.1 引言 53 3.2 模型材料及測試系統(tǒng) 55 3.2.1材料及試樣制備 55 3.2.2試件幾何尺寸 56 3.2.3裂紋擴展計測試系統(tǒng) 56 3.3 測試數據及動態(tài)裂紋擴展行為分析 60 3.3.1確定施加于試件上的荷載 60 3.3.2 動態(tài)裂紋擴展行為分析 60 3.3.3 裂紋擴展時間和裂紋速度 64 3.4 動態(tài)裂紋擴展路徑數值研究 67 3.4.1有限差分模型建立 67 3.4.2 裂紋擴展路徑數值仿真 68 3.5 動態(tài)斷裂韌度分析 70 3.5.1 J積分理論 70 3.5.2有限元模型及DSIF計算 72 3.5.3裂紋擴展路徑上的臨界DSIF和裂紋速度 74 3.5.4裂紋擴展韌度與裂紋速度的關系 76 3.5.5起始斷裂韌度與加載率的關系 78 4 圓弧底部對運動裂紋的止裂研究 80 4.1 引言 80 4.2 模型試件及試驗數據 81 4.2.1試件構型設計 81 4.2.2材料準備和試件澆筑 82 4.2.3應變片和CPG監(jiān)測的數據 83 4.2.4裂紋擴展速度及裂紋尖端位置 86 4.3 裂紋擴展特征及斷裂參數分析 88 4.3.1有限差分模型建立 88 4.3.2裂紋動態(tài)擴展特征 89 4.3.3裂紋擴展路徑上的水平壓應力 90 4.3.4加載率對裂紋擴展長度的影響 91 4.3.5加載率對裂紋擴展速度的影響 92 4.4 臨界動態(tài)應力強度因子分析 93 4.4.1 ABAQUS有限元模型 93 4.4.2臨界DSIF的確定 93 4.4.3裂紋擴展中的臨界DSIF 96 4.5 應力波在試件中傳播 96 5 雙止裂孔對運動裂紋的止裂研究 99 5.1 引言 99 5.2 試驗材料和試件準備 100 5.2.1試驗材料準備 100 5.2.2 試驗所用試件制備 101 5.3 動態(tài)荷載和裂紋擴展行為測試結果 102 5.3.1加載載荷的確定 104 5.3.2 CPG的測試結果和裂紋擴展速度 105 5.3.3裂紋擴展路徑特征 109 5.4 裂紋擴展路徑及裂紋分叉機理數值分析 111 5.4.1數值模型網格劃分 112 5.4.2材料模型 113 5.4.3裂紋路徑的模擬結果和測試結果 113 5.4.4裂紋路徑上的水平壓應力 113 5.4.5裂紋尖端的環(huán)向應力分析 116 參考文獻 125
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