巖石斷裂力學的案例
科技名詞之斷裂力學 附斷裂力學下載
【科技名詞】：斷裂力學 fracture mechanics
【定義】：利用線彈性力學和彈塑性理論的分析方法，從宏觀角度定量研究含裂紋物體裂紋擴展規律的一門學科。
【學科】：材料科學技術_材料科學技術基礎 _材料科學基礎 _材料物理及化學基礎
【相關名詞】：線彈性斷裂力學 彈塑性斷裂力學 巖石斷裂力學
圖片來源：視覺中國
【延伸閱讀】
固體材料的破壞過程，一個非常基礎的問題，卻和湍流模型并列為固體力學和流體力學的兩大難題。自伽利略時代開始，無數力學人在這個問題上孜孜以求，從破壞結果到破壞過程，從宏觀破壞到微觀損傷，從簡單的拉斷、壓潰到引入疲勞、腐蝕、磨損，這一問題的答案在不斷被擴充。
斷裂力學狹義上一般指借助連續介質力學中的線彈性和彈塑性理論，從宏觀角度來研究固體材料破壞過程的所謂宏觀斷裂力學。它上承以屈服強度等材料指標為主的強度理論，下啟以研究原子位錯等晶體尺度內的斷裂過程為主的微觀斷裂力學。盡管1920年這一學科才宣告確立，但百年的發展已使其成為解決固體材料破壞過程這一問題的重要工具。
宏觀斷裂力學根據材料的類型分為線彈性斷裂力學和彈塑性斷裂力學，前者針對脆性材料和小范圍屈服假設下的塑性材料，后者則關注大范圍屈服下的塑性斷裂問題。
線彈性斷裂力學由英國科學家格里菲斯首創，他在1920年提出基于能量平衡的斷裂準則并用以描述理想脆性材料（如玻璃）的斷裂過程。隨后美國科學家歐文在此基礎上提出了能量釋放率，它是裂紋擴展單位面積所需要消耗的能量，并將應用對象擴展到工程準脆性材料（如鑄鐵）。同時，歐文還證明了裂紋尖端的應力場和位移場可以用一個與能量釋放率有關的單參量表征，這就是后來著名的應力強度因子（一種對應力大小的度量）。如今，近10厘米厚的應力強度因子手冊已是工程師的必備之物。
展開 頁巖巖石力學特性及可壓裂性評價 附巖石力學與工程蔡美峰下載
研究結論：
1、基于三軸壓縮巖石力學實驗分析可知，蘆草溝組含油頁巖在軸向載荷未達到峰值強度時，試樣主要呈現為彈性變形，峰值強度后，應力隨應變迅即跌落，其變形破壞呈現出顯著的脆性特征; 且層理、微裂縫等結構面發育以及低圍壓條件都將加劇巖石破壞的碎裂程度。具備壓裂改造形成復雜縫網的內在地質力學條件。
2、縱向上，蘆草溝組各巖性地層的巖石力學特性與地應力存在顯著差異，即儲層間存在巖石力學強度、地應力相對較高的隔層。針對此類儲集體實施壓裂，除了保證形成復雜壓裂縫網外，還同時應強化壓裂縫的縱向溝通能力，合理增大縫高，實現壓裂改造有效體積的最大化。
研究流程：
1、對熱塑管封裝的圓柱形試樣加載圍壓及軸向壓力（圖1，圖2）；
2、對高度與直徑比值為 0.25～0.75的圓柱試樣進行巴西劈裂測試（圖3）；
3、分析巖石力學與地應力縱向分布特征（公式1，公式2，公式3，圖4）；
4、儲層可壓裂性評價（公式4，公式5，公式6，公式7，公式8，公式9）；
5、驗證可壓裂性評價方法的可靠性（圖5，圖6）。
圖文說明：
圖1 吉木爾凹陷二疊系蘆草溝組巖心三軸壓縮應力－應變曲線
圖2 吉木爾凹陷二疊系蘆草溝組巖心壓縮實驗后的破裂形態
蘆草溝組的變形破壞呈現出典型的脆性特征，且其力學特征受圍壓影響顯著，表現為低圍壓下抗壓強度低、破壞碎裂程度高、裂縫復雜等特征。同時，層理、微裂縫等結構面的發育將加劇試樣的破碎程度。結合蘆草溝組的薄互層特征，層理面發育將有助于壓裂縫形態的復雜化。巖石力學強度的各向異性將導致沿不同方向進行壓裂的難易程度有所不同。
展開 CAE工程師必學：斷裂力學的一些知識點 附斷裂力學中的數值計算方法及工程應用下載
斷裂力學是近幾十年才發展起來了的一門新興學科，主要研究承載體由于含有一條主裂紋發生擴展（包括靜載及疲勞載荷下的擴展）而產生失效的條件。斷裂力學應用于各種復雜結構的分析，并從裂紋起裂、擴展到失穩過程都在其分析范圍內。由于它與材料或結構的安全問題直接相關，因此它雖然起步晚，但實驗與理論均發展迅速，并在工程上得到了廣泛應用。斷裂力學研究的方法是：從彈性力學方程或彈塑性力學方程出發，把裂紋作為一種邊界條件，考察裂紋頂端的應力場、應變場和位移場，設法建立這些場與控制斷裂的物理參量的關系和裂紋尖端附近的局部斷裂條件。
國內外相關研究現狀
目前，斷裂力學總的研究趨勢是：從線彈性到彈塑性；從靜態斷裂到動態斷裂；從宏觀微觀分離到宏觀與微觀結合；從確定性方法到概率統計性方法。所以就斷裂力學本身而言，根據研究的具體內容和范圍，它又被分為宏觀斷裂力學（工程斷裂力學）和微觀斷裂力學（屬金屬物理范疇）。宏觀斷裂力學又可分為彈性斷裂力學（它包括線性彈性斷裂力學和非線性彈性斷裂力學）和彈塑性斷裂力學（包括小范圍屈服斷裂力學和大范圍屈服斷裂力學及全面屈服斷裂力學）。工程斷裂力學還包括疲勞斷裂、蠕變斷裂、腐蝕斷裂、腐蝕疲勞斷裂及蠕變疲勞斷裂等工程中重要方面。如今在斷裂力學研究方法中，又引入可靠性理論，稱為概率斷裂力學，使斷裂力學的研究內容更加豐富，也使斷裂力學的理論得到進一步的發展和完善，并在工程實際中發揮出越來越大的指導作用。
1.
展開 【11月7-8日 北京】基于斷裂力學與損傷力學的失效仿真分析研修班
各有關單位：
隨著工業界對產品研發中提高質量和控制成本的需求日益增加，人們對力學仿真，特別是有限元方法的認識和需求不斷深入，面臨的工程和科學問題也愈加復雜。在科學研究和產品研發過程中，產品可靠性問題日益凸現出來。結構在使用過程中的磨損、斷裂、腐蝕、疲勞、損傷等因素都會影響產品可靠性和壽命。為了幫助廣大工程師和科研人員掌握和理解可靠性的原理、斷裂力學和損傷力學基本理論以及與之相關的力學仿真分析技術，針對各類斷裂損傷問題能夠進行準確、高效的力學建模，并能夠熟練使用通用的有限元軟件，提高工程師和科研人員解決實際非線性力學問題的能力，經中國力學學會產學研工作委員會、中國數字仿真聯盟研究，決定今年11月7—8日在北京舉辦“基于斷裂力學與損傷力學的失效仿真分析研修班”。歡迎廣大有限元愛好者踴躍報名，現將有關事項通知如下：
一、組織機構
主辦單位：中國力學學會產學研工作委員會 中國數字仿真聯盟
會務服務：北京諾維特機械科學技術發展中心
二、主要教學內容
通過系統的理論方法講解、應用經驗分享和技術交流，教授斷裂力學和損傷力學的基本理論和應用背景，基于ABAQUS軟件，講解計算斷裂力學和計算損傷力學的基本方法和技術，培養相關失效仿真分析的專業應用人才，為企業產品可靠性方面的研發和科研院所相關研究工作的深入提供有力的技術支撐。
三、參加對象
1) 對斷裂力學和損傷力學以及ABAQUS軟件有應用需求的各類工程科研人員，包括但不限于企業中從事仿真分析的工程師、設計師，科研院所的力學科研人員，高等院校計算力學研究生和本科生。
2) 對學員知識要求：要有基本的彈性力學、塑性力學、有限元、線性代數的基礎知識，其知識水平應相當于機械類高年級本科生水平，否則會影響培訓效果。
展開 
ABAQUS損傷斷裂(例2) 盾構機掘進巖石破碎模擬(單元刪除技術) ￥66.67
盾構機掘進時的巖石破碎模擬(含單元刪除技術)
采用顯示動力學:
盾構機刀盤模擬為剛體，在轉動掘進的過程中破碎巖石。在巖石達到破碎應力后，采用單元刪除技術刪除掉已破碎的巖石單元。
模型概況：
模型的建立及邊界條件的設置
模型的網格劃分
模擬的結果：
掘進時的動態效果
模擬后的結果
隱藏掉盾構機刀盤后巖石破碎時的應力分布
隱藏掉盾構機刀盤后巖石破碎時的等效塑性應變分布
力學趣談：斷裂力學是破解結構低應力破壞的金鑰匙（轉載自正脈CAE技術平臺）
斷裂力學是固體力學的一個分支，人們說“斷裂力學是破解結構低應力破壞的金鑰匙”。這里，我們就來談談斷裂力學發展過程中的一些趣事吧。
一. “彗星號”大型客機失事慘劇促發斷裂力學的誕生
1954年1月10日，一架英國海外航空公司（BOAC）的一架“彗星”1型客機（航班編號781號）從意大利羅馬起飛，飛往目的地是英國倫敦。飛機起飛后26分鐘，機身在空中解體，墜入地中海，機上所有乘客和機組人員全部遇難。這次事故震驚了全世界，英國成立了專門的調查組調查事故。該型客機停飛兩個月。
就在英國海外航空公司總裁保證該機型不會再出事并復飛后不久，另一架“彗星”型客機也發生了同樣的空中解體事故，墜毀在意大利那不勒斯附近海中。在此一年的時間里，共有3架“彗星”型客機在空中先后解體墜毀。此慘劇令當時英國為之驕傲的“彗星號”大型客機（參見圖1）壽終正寢，也促發了科學家研究低應力斷裂的“裂紋力學”，此即斷裂力學誕生的由來。
圖1 “彗星號”大型民航客機
對事故的調查發現，“彗星”客機采用的是方形舷窗。經多次起降后，在方形舷窗拐角（直角）處會出現金屬疲勞導致的裂紋（裂隙）。正是這個小小的裂紋引起了災難事故。后來，所有客機舷窗均采用圓形或設計有很大的圓角，以減小應力集中，提高金屬疲勞強度；延緩疲勞裂紋的發生，此系后話。
進一步研究證明，裂紋的存在，引起飛機結構發生低應力破壞，通行的設計準則遇到極大挑戰。這個研究孕育了斷裂力學的誕生，并促進了其快速發展。到1957年，美國科學家歐文（G.R.Irwin）提出應力強度因子的概念，從此線彈性斷裂力學基本建立起來。斷裂力學誕生并用于結構設計后，源于裂紋引發的災難事故大大減少，可見斷裂力學是破解結構低應力破壞的金鑰匙。
二.
展開 ABAQUS損傷斷裂(例2) 盾構機在砂漿環境下掘進的巖石破碎模擬 ￥66.67
ABAQUS損傷斷裂(例2) 盾構機在砂漿環境下掘進的巖石破碎模擬
采用顯示動力學分析：
該模型模擬盾構機在砂漿中掘進的巖石破碎，采用耦合歐拉拉格朗日法模擬砂漿環境下，盾構機刀盤與巖石之間的相互作用，巖石應力達到破碎時采用單元刪除技術消除掉已失去抵抗力的巖石。砂漿模擬為歐拉體，巖石及盾構機刀盤為拉格朗日體，其中盾構機刀盤模擬為剛體。
所建模型：
模擬的盾構機刀盤及所切割的巖石
刀盤及巖石的邊界條件
盾構機刀盤及所切割巖石的單元劃分
盾構機刀盤及巖石所處砂漿環境的網格劃分
模擬的結果：
掘進時的動態效果（隱藏泥漿及盾構機刀盤）
模擬后的結果（隱藏泥漿及盾構機刀盤）
隱藏掉泥漿及盾構機刀盤后巖石破碎時的應力分布
隱藏掉泥漿及盾構機刀盤后巖石破碎時的等效塑性應變分布
模擬動態效果圖（展示成無網格的半模型，含泥漿）
砂漿及巖石在盾構機擾動下的應力分布圖
砂漿及巖石在盾構機擾動下的等效塑性應變分布圖
展開 巖石力學參數手冊
希望對大家有用
巖石力學參數手冊.part3.rar
巖石力學參數手冊.part1.rar
巖石力學參數手冊.part2.rar
SRMTools---基于微觀力學的巖石邊坡3D模型
\lattice spring model
2 SRMTools的工作原理
離散格點方法或者稱網格-彈簧方法(LSM, Lattice-Spring-based Method) 由Cundall and Damjanac (2009)提出，用來分析脆性斷裂巖體邊坡的穩定性，這項研究的結果是形成了一個計算機軟件Slope Model---SRMTools (Version 3.0.13)。之后主要由Itasca公司內部和加拿大的一些大學包括UBC, University of Alberta, SFU，Laurentian University的巖石力學研究人員擴展和驗證了這項研究。SRMTools的不連續由用戶指定的離散斷裂網絡DFN生成。SRMTools旨在模擬巖體的變形行為，其中破壞是滑移，節理張開和原巖破壞的組合。SRMTools能夠模擬巖體的純力學行為以及耦合的流體-力學相互作用行為。SRMTools從用戶指定的DFN得出的節理形狀，然后對節理網絡內的非穩態流體流動和壓力進行模擬，地下水可以在節理和巖石中流動，當新的裂縫形成時，流動網絡也會自動擴展。
SRMTools采用了SRM技術, SRM允許沿著節理面滑動和張開以及在完整巖石中的斷裂。不過, 以前的SRM模型基于PFC3D，而SRMTools采用了由彈簧連接的點狀質量組成的網格來代替PFC3D的球和接觸. 在LSM中，完整巖石用隨機的節點組合來表示，這些節點在三維空間中用無質量的彈簧相互連接。SRMTools中的離散格點模型與PFC中的BPM模型類似，只是顆粒在格子節點上表示為集中的點質量，接觸點在法向和剪切方向上都用彈簧表示。換句話說，它將PFC模型中的顆粒用節點代替，用彈簧表示鍵與鍵之間的接觸，完整的巖石斷裂用彈簧的斷裂來表示。這樣計算效率更高。
展開 斷裂力學（Fracture Mechanics）
發現一本關于斷裂力學的好書，在此分享給大家。
作者非常貼心的制作了該書的電子版網站（可能需要翻墻才能訪問）。
斷裂力學論文
鋼結構吊車梁疲勞動態可靠度研究.pdf
裂紋幾何特征對壓剪復合斷裂的影響分析.pdf
重慶菜園壩長江大橋主拱靜力穩定性分析.pdf
ABAQUS的斷裂力學工程應用
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斷裂力學介紹
斷裂力學所說的裂紋是指宏觀的、肉眼可見的裂紋，工程材料中的各種缺陷可近似地看作裂紋。基本研究內容包括：
a) 裂紋的起裂條件；
b) 裂紋在外部載荷和（或）其他因素作用下的擴展過程；
c) 裂紋擴展到什么程度物體會發生斷裂。
根據工程方面的需要，可知斷裂力學研究問題分為三個方面：
① 含裂紋的結構在什么條件下破壞？
② 結構在給定載荷下可允許含有的裂紋大??？
③ 在裂紋和載荷條件確定時，結構的壽命是多少？
斷裂力學是研究含裂紋構件強度與壽命的一門固體力學新分枝，是結構損傷容限設計的理論基礎。從材料特定來看，包括兩類斷裂力學：
a) 線彈性斷裂力學：適用于裂紋尖端附近小范圍屈服的情況；
b) 彈塑性斷裂力學：適用于裂紋尖端附近大范圍屈服的情況。
展開 巖石力學參數手冊.rar
巖石力學參數手冊.rar
巖石混凝土損傷力學
巖石混凝土損傷力學2.rar
巖石混凝土損傷力學1.rar
巖石混凝土損傷力學
巖石混凝土損傷力學2.rar
巖石混凝土損傷力學1.rar
