单轴循环加载试验结果的分析优化

图2.64为数值分析软件所得循环加载应力、加载步和振铃计数曲线,可以看出,在加载初期没有声发射信号产生,在第1循环出现少量声发射信号,在第2、第3循环中声发射信号在超过上循环峰值应力后才产生新的声发射信号,在第4循环中在未超过上循环最大应力时即产生大量声发射信号,由此可见,在循环加载过程中前期具有明显的Kaiser效应,加载后期则表现为Felicity效应。

图2.65为声发射累计振铃计数随归一化强度变化曲线,可以看出,第1、第2、第3循环归一化强度分别达到0.6,0.66,0.75时,卸载到0.5时声发射振铃计数保持不变,归一化强度在重复加载到该峰值强度时,声发射曲线继续上升,在第4循环归一化强度达到0.83时,声发射累计振铃计数曲线在重复加载至前一循环峰值强度之前曲线就迅速上升,这证明在峰值应力的75%之前Kaiser效应比较明显,此时对应阶段为弹性阶段,而在裂纹非稳定破裂发展阶段表现出明显的Felicity效应,这与室内试验中所得的结果有良好的对应关系。

图2.64　循环加载应力、加载步和振铃计数曲线

图2.65　声发射累计振铃计数随归一化强度变化曲线

图2.66为30°节理倾角试件循环加载破坏过程及声发射分布图,每个循环最高点分别对应第98、第202、第297、第421、第597、第882步,从声发射分布图中可以看出,在加载初期第98步节理附近产生少量声发射信号,对应试件产生一些微节理,第202步节理声发射信号有所增加,试件产生主生翼裂纹,但并未贯通,在第297步节理①和②内端之间声发射信号集中,试件产生微裂纹局部破裂面,在第421步节理①,②,③内端之间声发射信号都贯通,此时加载至裂纹非稳定发展阶段,试件发生轻微破坏,之后在第597、第882步声发射信号在主裂纹附近聚集,试件裂纹逐渐扩展发生明显的破坏现象,直至试件失稳破坏。(www.xing528.com)

图2.67为不同节理倾角下试件循环加载最终破坏形态及声发射分布图,可以看出,试件的破坏形态和声发射信号集中位置不尽相同。

图2.66　30°试件循环加载破坏过程及声发射分布图

图2.67　不同节理倾角下试件循环加载最终破坏形态及声发射分布图

节理倾角为30°的试件主要裂纹方向与加载方向基本一致,发生张拉破坏时,加载初期节理内外两端出现应力集中现象,随后产生翼裂纹,次生裂纹沿加载方向发展,很快与相邻节理主裂纹交汇贯通,加载至50步时①、②内端之间首先贯通,随后加载至386步时②、③内端之间贯通,裂纹扩展现象明显,最终发生张拉破坏。节理倾角为45°的试件主要裂纹方向与加载方向基本一致,发生张剪破坏,加载初期节理端部出现应力集中现象,随后产生翼裂纹,①外端、③内端部附近产生翼裂纹,翼裂纹垂直于节理面发展,继续加载裂纹扩展方向转向加载方向,在②内端次生裂纹出现明显的裂纹扩展现象,最终节理面发生明显裂纹贯通,发生张剪破坏。节理倾角为60°的试件主要裂纹方向为剪切面破坏,加载初期节理内外两端出现应力集中现象,加载至47步时③外端产生拉裂纹,在286步时①、②之间裂纹发生贯通,在到达峰值时,②外端与右上侧出现较大剪切破坏面,更容易出现宏观破坏现象,声发射信号高度聚集,最终沿节理面滑移发生剪切破坏。节理倾角为75°的试件主要裂纹方向为张剪混合破坏,节理②产生翼裂纹,随后向右上侧发展,在到达峰值后,试件左下侧出现较大剪切破坏面,节理②出现明显的裂纹扩展现象,节理面之间未出现明显的贯通现象,因此试件强度受到的影响最小,在试件左下侧出现宏观破坏现象,声发射信号聚集,最终沿节理面滑移发生剪切破坏。