偏置三维内裂纹单轴拉伸裂纹扩展数值模拟
发布时间：2021-11-03 10:20
为研究偏置三维内裂纹在单轴应力下的裂纹扩展过程,利用三维裂纹计算软件Franc3d软件进行了数值模拟,得到了裂纹扩展过程及裂纹前缘的应力强度因子变化,计算结果表明:（1）单轴拉力作用下,预制裂纹尖端首先出现翼型裂纹,随后裂纹逐渐向四周扩展,裂纹先贯穿试件左右两面,而后贯穿试件的前后面形成贯穿型裂纹.（2）三维预制内裂纹倾角α=0°、30°时,预制裂纹尖端翼裂纹扩展后期两个翼裂纹呈现相互吸引的规律,而当三维预制内裂纹倾角α=45°、60°时,翼裂纹之间则不存在相互吸引靠近的趋势,预制裂纹内侧尖端的翼裂纹扩展要小于预制裂纹外侧尖端.（3）相对Ⅰ型应力强度因子随着预制裂纹尖端距离的变化（从相对距离0变化到相对距离1）呈现先增大后减小再增大再减小的规律,相对Ⅱ型应力强度因子随着预制裂纹尖端距离的变化呈现先减小后增大再减小再增大的趋势.
【文章来源】：江西水利科技. 2019,45(01)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
裂纹扩展过程
第45卷第1期穿试件的左右表面，后贯穿试件的前后表面形成贯穿性裂纹；裂纹倾角越大，裂纹扩展越明显。4模型验证为验证本次数值模拟的合理性，引用文献[11]中室内试验成果，进行裂纹试件单轴拉伸试验与数值模拟结果的对比验证。文献[11]对含两条预制裂纹的标准立方体试件在单轴拉伸作用下裂纹扩展过程进行了室内试验研究，试件断口见图3（a），本文对含两条内裂纹且裂纹倾角α=30°的方案进行了数值模拟，数值模拟结果见图3（b）。从图3来看，裂纹尖端呈现“翼裂纹”状扩展，破裂面沿着试件横向破坏，即裂纹扩展面垂直于最大主应力方向，验证了数值模拟的合理性。5应力强度因子变化为直观描述裂纹尖端的应力强度因子随裂纹角度的变化规律，定义不同计算方案下的相对应力强度因子│Ki│/│Kmax│，以预制裂纹内侧尖端为起点，逆时针环绕裂纹前缘一周的距离为1，分析相对应力强度因子随裂纹尖端相对位置的变化规律。不同倾角下的相对应力强度因子变化见图4。由图4可知：（1）相对Ⅰ型应力强度因子随着裂纹尖端距离的变化（从相对距离0变化到相对距离1）呈现先增大后减小再增大再减小的规律，相对Ⅰ型应力强度因子在裂纹的左右侧达到最小，在前后侧达到最大。（2）相对Ⅱ型应力强度因子随着裂纹尖端距离的变化呈现先减小后增大再减小再增大的规律，当裂纹倾角α=0°时的相对Ⅱ型应力强度因子在裂纹左右尖端不为0，而在其他距离处为0，这表明预制裂纹尖端的相互作用是由Ⅱ型应力强度因子控制。图4相对应力强度因子Ⅰ型相对应力强度因子Ⅱ型相对应力强度因子图3室内试验与数值模拟验证（b）数值模拟结果（a）室内试验成果刘丹珠等偏置三维内裂纹单轴拉伸裂纹扩展数值模拟39
第45卷第1期穿试件的左右表面，后贯穿试件的前后表面形成贯穿性裂纹；裂纹倾角越大，裂纹扩展越明显。4模型验证为验证本次数值模拟的合理性，引用文献[11]中室内试验成果，进行裂纹试件单轴拉伸试验与数值模拟结果的对比验证。文献[11]对含两条预制裂纹的标准立方体试件在单轴拉伸作用下裂纹扩展过程进行了室内试验研究，试件断口见图3（a），本文对含两条内裂纹且裂纹倾角α=30°的方案进行了数值模拟，数值模拟结果见图3（b）。从图3来看，裂纹尖端呈现“翼裂纹”状扩展，破裂面沿着试件横向破坏，即裂纹扩展面垂直于最大主应力方向，验证了数值模拟的合理性。5应力强度因子变化为直观描述裂纹尖端的应力强度因子随裂纹角度的变化规律，定义不同计算方案下的相对应力强度因子│Ki│/│Kmax│，以预制裂纹内侧尖端为起点，逆时针环绕裂纹前缘一周的距离为1，分析相对应力强度因子随裂纹尖端相对位置的变化规律。不同倾角下的相对应力强度因子变化见图4。由图4可知：（1）相对Ⅰ型应力强度因子随着裂纹尖端距离的变化（从相对距离0变化到相对距离1）呈现先增大后减小再增大再减小的规律，相对Ⅰ型应力强度因子在裂纹的左右侧达到最小，在前后侧达到最大。（2）相对Ⅱ型应力强度因子随着裂纹尖端距离的变化呈现先减小后增大再减小再增大的规律，当裂纹倾角α=0°时的相对Ⅱ型应力强度因子在裂纹左右尖端不为0，而在其他距离处为0，这表明预制裂纹尖端的相互作用是由Ⅱ型应力强度因子控制。图4相对应力强度因子Ⅰ型相对应力强度因子Ⅱ型相对应力强度因子图3室内试验与数值模拟验证（b）数值模拟结果（a）室内试验成果刘丹珠等偏置三维内裂纹单轴拉伸裂纹扩展数值模拟39
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于裂纹扩展模型的脆性岩石破裂特征及力学性能研究[J]. 李响,怀震,李夕兵,张倬瑶. 黄金科学技术. 2019(01)
[2]基于裂纹扩展的岩体爆破损伤计算方法[J]. 何理,钟冬望,宋琨. 化工矿物与加工. 2018(12)
[3]基于改进型近场动力学方法的多裂纹扩展分析[J]. 秦洪远,黄丹,刘一鸣,章青. 工程力学. 2017(12)
[4]中低速冲击下Ⅰ型裂纹的动态断裂韧度研究[J]. 应鹏,朱哲明,周磊,董玉清,王雄. 煤炭学报. 2017(S2)
[5]基于SENDB试样的砂岩复合脆性断裂行为研究[J]. 孙欣,朱哲明,谢凌志,任利. 岩石力学与工程学报. 2017(12)
[6]透明类岩石内置三维裂纹扩展变形试验研究[J]. 朱珍德,林恒星,孙亚霖. 岩土力学. 2016(04)
[7]脆性岩体破裂扩展时间效应对引水隧洞长期稳定性影响研究[J]. 崔臻,侯靖,吴旭敏,褚卫江. 岩石力学与工程学报. 2014(05)
[8]三维内置裂隙倾角对类岩石材料拉伸力学性能和断裂特征的影响[J]. 李术才,杨磊,李明田,张宁. 岩石力学与工程学报. 2009(02)
[9]三维表面裂纹相互作用扩展贯通机制试验研究[J]. 黄明利,黄凯珠. 岩石力学与工程学报. 2007(09)
本文编号：3473521
【文章来源】：江西水利科技. 2019,45(01)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
裂纹扩展过程
第45卷第1期穿试件的左右表面，后贯穿试件的前后表面形成贯穿性裂纹；裂纹倾角越大，裂纹扩展越明显。4模型验证为验证本次数值模拟的合理性，引用文献[11]中室内试验成果，进行裂纹试件单轴拉伸试验与数值模拟结果的对比验证。文献[11]对含两条预制裂纹的标准立方体试件在单轴拉伸作用下裂纹扩展过程进行了室内试验研究，试件断口见图3（a），本文对含两条内裂纹且裂纹倾角α=30°的方案进行了数值模拟，数值模拟结果见图3（b）。从图3来看，裂纹尖端呈现“翼裂纹”状扩展，破裂面沿着试件横向破坏，即裂纹扩展面垂直于最大主应力方向，验证了数值模拟的合理性。5应力强度因子变化为直观描述裂纹尖端的应力强度因子随裂纹角度的变化规律，定义不同计算方案下的相对应力强度因子│Ki│/│Kmax│，以预制裂纹内侧尖端为起点，逆时针环绕裂纹前缘一周的距离为1，分析相对应力强度因子随裂纹尖端相对位置的变化规律。不同倾角下的相对应力强度因子变化见图4。由图4可知：（1）相对Ⅰ型应力强度因子随着裂纹尖端距离的变化（从相对距离0变化到相对距离1）呈现先增大后减小再增大再减小的规律，相对Ⅰ型应力强度因子在裂纹的左右侧达到最小，在前后侧达到最大。（2）相对Ⅱ型应力强度因子随着裂纹尖端距离的变化呈现先减小后增大再减小再增大的规律，当裂纹倾角α=0°时的相对Ⅱ型应力强度因子在裂纹左右尖端不为0，而在其他距离处为0，这表明预制裂纹尖端的相互作用是由Ⅱ型应力强度因子控制。图4相对应力强度因子Ⅰ型相对应力强度因子Ⅱ型相对应力强度因子图3室内试验与数值模拟验证（b）数值模拟结果（a）室内试验成果刘丹珠等偏置三维内裂纹单轴拉伸裂纹扩展数值模拟39
第45卷第1期穿试件的左右表面，后贯穿试件的前后表面形成贯穿性裂纹；裂纹倾角越大，裂纹扩展越明显。4模型验证为验证本次数值模拟的合理性，引用文献[11]中室内试验成果，进行裂纹试件单轴拉伸试验与数值模拟结果的对比验证。文献[11]对含两条预制裂纹的标准立方体试件在单轴拉伸作用下裂纹扩展过程进行了室内试验研究，试件断口见图3（a），本文对含两条内裂纹且裂纹倾角α=30°的方案进行了数值模拟，数值模拟结果见图3（b）。从图3来看，裂纹尖端呈现“翼裂纹”状扩展，破裂面沿着试件横向破坏，即裂纹扩展面垂直于最大主应力方向，验证了数值模拟的合理性。5应力强度因子变化为直观描述裂纹尖端的应力强度因子随裂纹角度的变化规律，定义不同计算方案下的相对应力强度因子│Ki│/│Kmax│，以预制裂纹内侧尖端为起点，逆时针环绕裂纹前缘一周的距离为1，分析相对应力强度因子随裂纹尖端相对位置的变化规律。不同倾角下的相对应力强度因子变化见图4。由图4可知：（1）相对Ⅰ型应力强度因子随着裂纹尖端距离的变化（从相对距离0变化到相对距离1）呈现先增大后减小再增大再减小的规律，相对Ⅰ型应力强度因子在裂纹的左右侧达到最小，在前后侧达到最大。（2）相对Ⅱ型应力强度因子随着裂纹尖端距离的变化呈现先减小后增大再减小再增大的规律，当裂纹倾角α=0°时的相对Ⅱ型应力强度因子在裂纹左右尖端不为0，而在其他距离处为0，这表明预制裂纹尖端的相互作用是由Ⅱ型应力强度因子控制。图4相对应力强度因子Ⅰ型相对应力强度因子Ⅱ型相对应力强度因子图3室内试验与数值模拟验证（b）数值模拟结果（a）室内试验成果刘丹珠等偏置三维内裂纹单轴拉伸裂纹扩展数值模拟39
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于裂纹扩展模型的脆性岩石破裂特征及力学性能研究[J]. 李响,怀震,李夕兵,张倬瑶. 黄金科学技术. 2019(01)
[2]基于裂纹扩展的岩体爆破损伤计算方法[J]. 何理,钟冬望,宋琨. 化工矿物与加工. 2018(12)
[3]基于改进型近场动力学方法的多裂纹扩展分析[J]. 秦洪远,黄丹,刘一鸣,章青. 工程力学. 2017(12)
[4]中低速冲击下Ⅰ型裂纹的动态断裂韧度研究[J]. 应鹏,朱哲明,周磊,董玉清,王雄. 煤炭学报. 2017(S2)
[5]基于SENDB试样的砂岩复合脆性断裂行为研究[J]. 孙欣,朱哲明,谢凌志,任利. 岩石力学与工程学报. 2017(12)
[6]透明类岩石内置三维裂纹扩展变形试验研究[J]. 朱珍德,林恒星,孙亚霖. 岩土力学. 2016(04)
[7]脆性岩体破裂扩展时间效应对引水隧洞长期稳定性影响研究[J]. 崔臻,侯靖,吴旭敏,褚卫江. 岩石力学与工程学报. 2014(05)
[8]三维内置裂隙倾角对类岩石材料拉伸力学性能和断裂特征的影响[J]. 李术才,杨磊,李明田,张宁. 岩石力学与工程学报. 2009(02)
[9]三维表面裂纹相互作用扩展贯通机制试验研究[J]. 黄明利,黄凯珠. 岩石力学与工程学报. 2007(09)
本文编号：3473521
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