龙 龙 郑宇轩 周风华,2) 任会兰 宁建国

*(北京理工大学机电学院,北京 100081)

†(宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室,浙江宁波 315211)

引言

脆性材料构成的细长杆(rod)在准静态载荷作用下发生变形,一旦出现突然断裂,会激发出一系列卸载应力波,在卸载波的作用下,脆性杆在特定时刻、特定位置可能发生二次断裂,伴随不同大小的碎片产生.

脆性杆因为突发断裂而产生的二次断裂现象,最早见于Miklowitz[1]对玻璃杆进行拉伸实验观察到的二次断裂的报道;随后,Phillips[2],Kolsky[3]和Kinra[4]对因拉伸断裂而激发出的卸载拉伸应力波、以及因此产生的后续断裂等现象进行了研究.接着,Bodner[5],Kinra 等[6],Schindler 等[7]把关注重点从拉伸断裂转移到弯曲断裂,对因弯曲断裂而激发出的卸载弯曲应力波、及其因此产生的后续断裂等现象进行了研究.特别是Schindler 和Kolsky[7]对方形截面的聚酯纤维棒进行纯弯曲加载,通过粘贴在试件表面的应变片测量到因弯曲断裂而激发出的卸载弯曲应力波,观察到因此导致的二次断裂现象,并基于欧拉伯努利梁理论(Euler-Bernoulli beam theory,简称“欧拉梁”) 给出了一个关于卸载弯曲应力波的解析解.

近年来,脆性梁在弯曲加载下的多次断裂现象再次得到关注,Audoly 等[8]、Heisser 等[9]对意大利面条的雪崩式断裂进行了一系列的理论和实验研究.Audoly 等[8]使用欧拉梁理论,给出了卸载弯曲波的自相似解,通过这些解可以看出,脆性梁的突然弯曲断裂,会激发出一系列卸载弯曲波,这些卸载波会导致梁中局部弯矩超越断……