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花岗岩在超高频循环加载条件下的疲劳损伤机理与变形行为( Fatigue Damage Mechanism and Deformation Behaviour of Granite Under Ultrahigh-Frequency Cyclic Loading Conditions )
Yu Zhou Dajun Zhao Bo Li Hongyu Wang Qiongqiong Tang Zengzeng Zhang
超声振动辅助破岩技术是加速硬岩钻进过程的一种潜在的有效技术。疲劳损伤是控制超声振动作用下岩石破碎的主要因素，当这种损伤通过裂纹的萌生和扩展积累到临界水平时，就会发生宏观损伤（如宏观裂纹）。然而，到目前为止，硬岩材料在高频和低幅循环加载条件下的具体疲劳损伤机理还不清楚。本文采用二维数字图像相关(2D-DIC)方法测量了不同加载幅度下花岗岩样品的全场应变。由这些变形数据得到了岩石在超声振动下破碎的阈值，并发现满足该阈值所需时间的对数随振幅系数的增大而线性减小。在此基础上，利用二维颗粒流程序(PFC2D)进行了数值模拟，再现了裂纹的萌生和扩展过程，并对其机理进行了探讨。模拟结果表明，由于超声振动下的不可逆滑动，裂纹尖端两侧颗粒间位移差增大，导致横向集中拉应力增大。当拉应力超过强度极限时，裂纹就会萌生和扩展，导致岩石破碎。
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