混凝土结构的破坏过程包括裂纹的起裂、扩展及贯通，最终导致整个工程结构破坏。本书针对混凝土内裂纹扩展特性提出了几种新构型，以便能够研究动态裂纹扩展和止裂特征，最后开发出适合研究动态裂纹止裂及断裂参数的新的构型试件及相应测试方法。首先，采用混凝土侧开单裂纹梯形开口（single cleavage trapezoidal opening，SCTO）试件进行冲击断裂数值模拟，从中观测到裂纹止裂现象，但止裂是随机发生的，且比较分散没有规律性，在对SCTO试件的冲击断裂试验中没有监测到裂纹止裂现象，故采用SCTO试件无法测试到裂纹止裂现象。为了有效监测裂纹止裂现象和研究裂纹止裂机制，基于应力波反射止裂的思想，改变SCTO试件构型后，提出了三种新的特殊构型，带V型底边的半圆边裂纹（semi-circular edge crack with V-shaped bottom，SECVB）试件、带圆弧底部的上部梯形开口边裂纹（trapezoidal openingcrack with arc bottom，TOCAB）试件和带双止裂孔的半圆边裂纹（large semicircular edge crack with two arrest-holes，LSECTH）试件。通过对这三种试件的冲击断裂试验和数值仿真，研究了脆性材料的动态断裂特征和裂纹止裂机制。

郎林，工学博士，高级工程师，西华大学硕士生导师，国家公派NUS访问学者。建筑与土木工程学院力学教学部及力学实验中心党支部书记；建筑与土木工程学院教职工工会委员会委员，西华大学第四届教职工代表大会暨工会会员代表大会代表；国家注册土木工程师（岩土），国家一级注册结构工程师，成都市土木建筑学会技术专家库专家，中国岩石力学与工程学会会员，四川省土木建筑学会和成都市土木建筑学会联络员，广安市建筑工程类和国土工程类职称评审专家，四川省科技项目评审专家。负责和参与国家自然科学基金、四川省自然科学基金、教育部实验室开放基金等多项省部级纵向和横向课题的研究。以第1作者和通讯作者在国际国内权威期刊上已发表SCIEI学术论文10余篇，获得发明专利和软件著作权多项，担任国内外权威期刊审稿人。

1 绪论1 2 不同加载率下混凝土裂纹动态扩展特性研究 16 2.1 引言16 2.2 材料动态参数测试和试验设备17 2.2.1 试件构型设计17 2.2.2 试件材料的准备 18 2.2.3材料动态力学参数测试19 2.2.4 冲击试验设备22 2.2.5 动态载荷的测量 23 2.3 动态裂纹断裂特征及断裂参数的仿真分析 25 2.3.1状态方程 25 2.3.2破坏准则 26 2.3.3数值模型建立 27 2.3.4裂纹扩展路径和断裂参数分析 28 2.3.5裂纹萌生、止裂和再起裂时的粒子速度 32 2.4 裂纹速度和裂纹扩展时间的试验结果讨论 34 2.4.1裂纹扩展时间和裂纹速度 34 2.4.2加载率对裂纹扩展速度和起裂时间的影响 36 2.5 动态裂纹起裂韧度和扩展韧度的分析 38 2.5.1位移外推法计算SIF 38 2.5.2普适函数的修正和DSIF计算 40 2.5.3动态数值计算方法验证 43 2.5.4加载率对动态断裂韧度的影响 44 2.5.5加载率对能量释放率的影响 48 2.6 试件两端应力平衡讨论 51 3 V型底边对运动裂纹的止裂研究 53 3.1 引言 53 3.2 模型材料及测试系统 55 3.2.1材料及试样制备 55 3.2.2试件几何尺寸 56 3.2.3裂纹扩展计测试系统 56 3.3 测试数据及动态裂纹扩展行为分析 60 3.3.1确定施加于试件上的荷载 60 3.3.2 动态裂纹扩展行为分析 60 3.3.3 裂纹扩展时间和裂纹速度 64 3.4 动态裂纹扩展路径数值研究 67 3.4.1有限差分模型建立 67 3.4.2 裂纹扩展路径数值仿真 68 3.5 动态断裂韧度分析 70 3.5.1 J积分理论 70 3.5.2有限元模型及DSIF计算 72 3.5.3裂纹扩展路径上的临界DSIF和裂纹速度 74 3.5.4裂纹扩展韧度与裂纹速度的关系 76 3.5.5起始断裂韧度与加载率的关系 78 4 圆弧底部对运动裂纹的止裂研究 80 4.1 引言 80 4.2 模型试件及试验数据 81 4.2.1试件构型设计 81 4.2.2材料准备和试件浇筑 82 4.2.3应变片和CPG监测的数据 83 4.2.4裂纹扩展速度及裂纹尖端位置 86 4.3 裂纹扩展特征及断裂参数分析 88 4.3.1有限差分模型建立 88 4.3.2裂纹动态扩展特征 89 4.3.3裂纹扩展路径上的水平压应力 90 4.3.4加载率对裂纹扩展长度的影响 91 4.3.5加载率对裂纹扩展速度的影响 92 4.4 临界动态应力强度因子分析 93 4.4.1 ABAQUS有限元模型 93 4.4.2临界DSIF的确定 93 4.4.3裂纹扩展中的临界DSIF 96 4.5 应力波在试件中传播 96 5 双止裂孔对运动裂纹的止裂研究 99 5.1 引言 99 5.2 试验材料和试件准备 100 5.2.1试验材料准备 100 5.2.2 试验所用试件制备 101 5.3 动态荷载和裂纹扩展行为测试结果 102 5.3.1加载载荷的确定 104 5.3.2 CPG的测试结果和裂纹扩展速度 105 5.3.3裂纹扩展路径特征 109 5.4 裂纹扩展路径及裂纹分叉机理数值分析 111 5.4.1数值模型网格划分 112 5.4.2材料模型 113 5.4.3裂纹路径的模拟结果和测试结果 113 5.4.4裂纹路径上的水平压应力 113 5.4.5裂纹尖端的环向应力分析 116 参考文献 125