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向搞岩石断裂力学的专家紧急求助!

已有 439 次阅读 2020-8-4 11:04 |个人分类:胆剑篇|系统分类:科研笔记| 断裂, 材料, CAE, 激光, 火焰花岗石切割

何利用人造裂纹,使得材料碎裂快速发展

现在的花岗岩隧道掘进,盾构机是用硬金属滚轮压在岩石表面产生断裂的。这种局部用硬质合金滚轮施加压力强制破碎的方法,还是感到速度慢,并且花岗岩对刀具损坏也快,现在如果为了施加巨大穿透力,除了定向爆破以外,是否可考虑红外,微波,等离子,燃烧热喷流,甚至激光等方法,合起来用,或者单独用,可能更好。

一块坚硬的材料,比如石英石或者花岗石,如果有一定厚度,刻上一条裂纹,就很容易地把他敲开来,比如瓶子,我们系上一条浇上煤油的火绳,一点燃,轻轻敲一下,瓶子就裂开两半,一半是漏斗,一半是水杯;德国的激光设备厂家,用这个原理切水杯的瓶口,效果非常好,切口精确,平整,光滑;

2015年原来有个交大的同学参加国际力学会议的时候好像有一个日本学者模拟冰面在承压条件下开裂的过程,数值模拟裂纹扩展的路径和试验比对的效果挺好。不知道具体用什么算法,在哪里可以查找下那次的会议纪要。那次会议是在韩国开的。

    局部加热再快速冷却应该有用,还有冬天石头容易冻裂,怎么用冰胀效果将其按规定的线胀开就有一定的技术了。据说都江堰当时修建时就是用大火烧山,然后浇江水让整个山崩裂的,不知说法是否可靠,但是古代很多洞窟都是火烧加喷水粉碎石头的。治水和古代打洞窟都有这些办法,但是现在希望加上分析,搞得更有效一些。

如果很薄划一刀,刀痕造成的裂纹起到了主导作用。如果是很厚,板中自身有很多微裂纹,在用力扳的时候自身的微裂纹也就作为边界条件参与发展,这样划痕的作用随着厚度增加慢慢被自身的裂纹就弱化了。加热是不是通过热胀冷缩作用加剧了局部的裂纹发展?可试下双面划痕或者刻画深一些。不知道那里有这方面深入研究材料。听说为了页岩气的开采,在大尺度的石料上加压技术,局部压差产生的剪应力导致脆性材料应变性能或断裂韧性变差,利于页岩气的开采。


但是如果是很厚的岩石,几乎无限厚度,怎样让他的裂纹不是那么盲目,随便崩裂开来,能否按照我们的“指导方向”发展裂纹,这样是否可以使得成块的碎裂开来的速度提高一些,这方面有什么经验或者想法,有什么算法,或者有什么CAE软件可以用.




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1 杨正瓴

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