岩土力学 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (5): 2016-2021.doi: 10.16285/j.rsm.2018.0904

• 数值分析 • 上一篇    下一篇

基于改进数值流形法的接触裂纹问题研究

杨石扣1,张继勋2,任旭华2   

  1. 1. 河海大学 力学与材料学院,江苏 南京 211100;2. 河海大学 水利水电学院,江苏 南京 210098
  • 收稿日期:2018-05-23 出版日期:2019-05-11 发布日期:2019-06-02
  • 通讯作者: 任旭华,男,1963年生,博士,教授,博士生导师,主要从事高坝及复杂地基、地下结构稳定等方面的研究。E-mail: renxh@hhu.edu.cn E-mail: yangshikou@126.com
  • 作者简介:杨石扣,男,1985年生,博士,主要从事水工地下结构工程研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(No.51739006, No.U1765204);中国博士后科学基金资助项目(No.2017M611678)

Study of contact cracks based on improved numerical manifold method

YANG Shi-kou1, ZHANG Ji-xun2, REN Xu-hua2   

  1. 1. College of Mechanics and Materials, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 211100, China; 2. College of Water Conservancy and Hydropower Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China
  • Received:2018-05-23 Online:2019-05-11 Published:2019-06-02
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51739006, U1765204) and China Postdoctoral Science Foundation (2017M611678).

摘要: 接触裂纹问题在工程结构中较为常见。结合数值流形法在裂纹处理上的优势,分析了压剪荷载作用下的接触裂纹问题,模拟了压剪裂纹渐进扩展过程。为了减少由于裂纹尖端位置不同而产生的误差,对裂纹尖端附近一定范围内的每一个物理覆盖附加奇异覆盖函数项,并根据裂纹尖端位置和单元含奇异物理覆盖的数目进行分区积分。选取一个压剪破坏算例,分析了法向接触力对应力强度因子计算结果的影响,并模拟了其渐进破坏过程。计算结果表明,所提方法在压剪裂纹问题方面的可行性,与未细化和覆盖细化方法得到的结果相比,更能准确地描述裂纹扩展路径。法向接触力对II型应力强度因子的贡献为0,对I型应力强度因子的影响较大,相对误差随网格密度变化明显,且法向接触力对I型应力强度因子的影响要比直接施加内压时的影响大。

关键词: 数值流形法, 裂纹扩展, 应力强度因子, 接触力

Abstract: The problem of contact crack is common in engineering structures. Combining the advantages of numerical manifold method in crack treatment, the contact crack problem under compression and shear loads is analyzed, and the progressive propagation process of compression-shear cracks is simulated. In order to reduce errors caused by different positions of crack tips in one element, the singular cover function term is added to each physical cover near the crack tip in a certain range, and then the partitioned integration is carried out according to the position of crack tip and the number of singular physical covers in each element. A compression-shear failure example is selected to analyze the impact of normal contact force on stress intensity factor, and then the progressive failure process is simulated. The results show that the proposed method for compression-shear crack is feasible. Compared with results obtained from unrefined and refined methods, the proposed method in this paper can describe crack propagation path with much higher accuracy. The normal contact force has no contribution to mode II stress intensity factor. However, it has great influence on mode I stress intensity factor and the relative error varies with mesh density. Moreover, the effect of normal contact force on mode I stress intensity factor is larger than that of inner pressure.

Key words: numerical manifold method, crack propagation, stress intensity factor, contact force

中图分类号: 

  • O 346.1
[1] 潘锐, 程桦, 王雷, 王凤云, 蔡毅, 曹广勇, 张朋, 张皓杰, . 巷道浅层破碎围岩锚注加固承载特性试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 1887-1898.
[2] 艾迪昊, 李成武, 赵越超, 李光耀, . 煤体静载破坏微震、电磁辐射及裂纹扩展特征研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2043-2051.
[3] 聂治豹, 郑宏, 万涛, 林姗. 弹性静力学问题的边界积分形式的数值流形法[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1429-1436.
[4] 张国凯, 李海波, 王明洋, 李晓锋, . 基于声学测试和摄像技术的单裂隙岩石 裂纹扩展特征研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 63-72.
[5] 张传庆, 刘振江, 张春生, 周辉, 高阳, 侯靖, . 隐晶质玄武岩破裂演化及破坏特征试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2487-2496.
[6] 王海军, 郁舒阳, 任然, 汤雷, 李欣昀, 贾宇, . 基于3D-ILC含内裂纹孔口脆性固体断裂特性试验[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2200-2212.
[7] 张 波, 李 垚, 杨学英, 朱飘扬, 朱春帝, 刘子豪, 刘文杰, 罗志恒, . 一种用于水压致裂试验的水压供给装置研制及应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 2022-2028.
[8] 丛 怡, 丛 宇, 张黎明, 贾乐鑫, 王在泉, . 大理岩加、卸荷破坏过程的三维颗粒流模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1179-1186.
[9] 王登科, 孙刘涛, 魏建平, . 温度冲击下煤的微观结构变化与断裂机制[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 529-538.
[10] 顾晓强, 杨朔成, . 基于离散元数值方法的砂土小应变弹性特性探讨[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 785-791.
[11] 李铮, 郭德平, 周小平, 王允腾, . 模拟岩石中裂纹扩展连接的近场动力学方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4711-4721.
[12] 张珂, 王海军, 任然, 汤雷, 郁舒阳, 刘鑫娜, 顾浩, . 基于3D-ILC球体45º三维双内裂纹复合断裂研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4731-4739.
[13] 马鹏飞, 李树忱, 周慧颖, 赵世森. 岩石材料裂纹扩展的改进近场动力学方法模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(10): 4111-4119.
[14] 王桂林, 梁再勇, 张 亮, 孙 帆, . Z型裂隙对砂岩强度和破裂行为影响机制研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 389-397.
[15] 伍天华, 周 喻, 王 莉, 孙金海, 赵 欢, 孙 铮, . 单轴压缩条件下岩石孔-隙相互作用机制细观研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 463-472.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!