SHPB径向冲击实验：动态断裂韧性与边裂纹平台圆环研究

"该研究利用大直径（直径100mm）的分离式霍普金森压杆（SHPB）设备对边裂纹平台圆环（ECFR）砂岩试样进行了径向冲击实验，旨在探究岩石的动态断裂韧度测试方法。通过对比普通应变片与高精度裂纹扩展计的监测效果，评估了它们在确定起裂时刻和裂纹传播速度方面的准确性和可靠性。实验结合数值分析和普适函数，确定了砂岩的动态起裂韧度和动态扩展韧度，并讨论了动态加载率对起裂韧度的影响以及裂纹扩展速度对扩展韧度的影响。研究发现，裂纹扩展计在检测上的表现优于应变片，动态起裂韧度随加载率的增加而增加，动态扩展韧度则随着裂纹扩展速度的提升而提高。" 本文详细介绍了采用SHPB技术对边裂纹平台圆环（ECFR）进行动态断裂实验的研究过程和成果。动态断裂韧度是衡量材料抵抗动态断裂能力的重要参数，对于岩石力学特性理解具有重要意义。在实验中，研究人员使用了两种不同的测试元件——普通应变片和高精度裂纹扩展计，来监测砂岩试样的起裂时刻和裂纹传播速度。通过对比，他们发现裂纹扩展计在测试中的敏感性、精确性和合理性更优。 实验数据经过实验-数值法和普适函数的处理，用于计算砂岩的动态起裂韧度和动态扩展韧度。动态起裂韧度反映了材料在高速载荷下开始裂纹扩展的难易程度，而动态扩展韧度则表示裂纹在扩展过程中的能量消耗。研究指出，在动态加载率范围（0.74×10^4至4.48×10^4 MPa·m^(1/2)/s）内，动态起裂韧度随着加载率的增大而增大。另一方面，裂纹扩展速度在（0.24至0.34）cR（其中cR是裂纹的雷诺数）范围内，动态扩展韧度随着裂纹扩展速度的增加而提高。 此外，文中还对ECFR试样裂纹扩展路径的弯折现象进行了理论分析，这有助于深入理解裂纹扩展的复杂性。通过这项工作，研究人员为岩石动态断裂特性的评估提供了新的实验手段和理论依据，对于岩土工程、地质灾害预测等领域具有实际应用价值。关键词涵盖了动态断裂韧度、ECFR、SHPB技术、实验与数值方法、普适函数和裂纹扩展计，强调了这些关键概念在岩石力学研究中的作用。