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3D打印在岩石动力学中的应用

发布日期:2017年05月23日 15:14 点击次数:

  一、报告题目

  3D打印在岩石动力学中的应用初探

  二、主讲人

  朱建波

  三、报告时间

  5月26日9:30-10:30

  四、报告地点

  千佛山校区土建学院三楼学术报告厅

  五、讲座摘要

  经过三十年的发展,三维打印(3DP)已经被广泛的应用到生物医学、材料科学和航空航天等相关领域。与传统的制造技术相比,3DP具有灵活、快速、精确、高重复性制备各种复杂结构物体的优点。依托香港理工大学的3D打印中心以及四十余台高性能3D打印机,为将3DP应用到岩石动力学领域,香港理工大学开展了一系列相关的研究工作。

  (1)通过单轴压缩试验,从五种3DP目标材料(陶瓷粉末、石膏粉末、PMMA、树脂和SR20(丙烯酸共聚物))中优选出最适合模拟脆性硬岩的3DP材料。试验结果表明,在目前的技术条件下,通过立体光固化打印技术制造的树脂材料是最适合模拟脆硬岩的3DP材料。针对该3DP树脂材料脆性稍差的问题,香港理工大学提出了三种增脆的方法:冷冻、增加内部宏观裂纹和添加微缺陷。实验结果显示该三种方法均能很好地提高3DP树脂的脆性。

  (2)基于海南火山岩微米CT扫描图像,应用和比较了两种复制岩石内部缺陷的方法,即结合CT的3DP手段和结合CT的3D数值模拟方法;并用这两种方法研究了岩石在动荷载和静荷载作用下的力学和断裂行为。试验表明:3DP人工岩石试样的抗压强度、泊松比、破裂过程以及破坏模式均与天然火山岩试样相似;结合CT扫描数据的3D数值模拟能够较好地预测岩石的力学和破裂特性。

  (3)利用3D打印精确制备的优势,成功制备了含3D内置裂纹的人工岩石试样,并结合超高速照相机,研究和比较了3D内置裂纹在动荷载和静荷载作用下的动态扩展和接合过程。试验结果表明:裂纹扩展表现出明显的应变率效应,动静加载条件下的3D裂纹扩展差异显著;预制3D内置裂纹的几何参数特征对试样抗压强度、轴向应变、弹模以及初始起裂应力有较大影响。

  上述研究表明,综合运用3DP、微米CT扫描和高速摄影技术以及考虑岩石细微观结构的3D数值模拟,能为研究岩石材料的动态力学特性和3D裂纹动态扩展提供新途径。

  六、主讲人介绍

  朱建波,香港理工大学土木工程系助理教授、博导、岩石力学实验室主任,四川大学水利水电工程学士、岩土工程硕士,瑞士联邦理工学院洛桑力学博士,美国加州理工学院博士后。主要研究方向为岩体动力学以及岩石地下工程。作为项目负责人主持的科研项目包括香港研究资助局(RGC)项目1项、瑞士国家科学基金(SNSF)项目1项、香港-澳洲合作研究项目(AUC-CE2)1项、中国自然科学基金项目1项。发表学术论文约50篇,其中国际期刊论文约30篇。材料、矿物和采矿协会(IoM3)香港执委,国际岩石力学学会岩石动力学专委会理事,美国岩石力学学会终身会员。岩石力学领域权威期刊《Rock Mechanics and RockEngineering》编委并担任该期刊2016年岩石动力学特刊客座主编,担任约20个国际期刊审稿人,香港RGC基金评审专家。获得权威期刊《Tunnelling and Underground Space Technology》杰出审稿人奖、中国岩石力学与工程学会自然科学奖特等奖1项等。


【作者:张萌        来自:土建学院    责任编辑:筱恬  】

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