岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (1): 111-122.doi: 10.16285/j.rsm.2018.2194
张志韬1,王海军1,汤雷1,赵初2,李汉章1, 3,苏正洋1, 3
ZHANG Zhi-tao1, WANG Hai-jun1, TANG Lei1, ZHAO Chu2, LI Han-zhang1, 3, SU zheng-yang1, 3
摘要: 断裂力学是各行业的基础学科之一。半圆弯拉(SCB)试验为该领域经典试验,目前含裂纹的SCB研究多为底部切口等表面裂纹或穿透型裂纹研究。内裂纹和内部类裂纹缺陷是材料的固有属性,但是对于SCB内裂纹扩展规律研究较少。基于3D-ILC(三维激光疲劳内裂纹)技术,分析了表面无任何影响的情况下凭空生成任意参数的纯内裂纹,在SCB试样中生成内裂纹,对含内裂纹试样进行SCB试验,分析了裂纹生长过程、应力双折射规律、I-II-III型裂纹扩展面、破坏形态、宏微观断口特征,开展数值模拟,得到裂纹尖端应力强度因子分布规律及扩展路径,与物理试验一致。结果表明:(1)基于3D-ILC的SCB内裂纹及I-II-III型扩展断裂规律明显,3D-ILC为断裂力学中的内裂纹问题研究提供了有力工具;(2)应力云纹在内裂纹处显示应力集中,SCB整体云纹在内裂纹处发生明显变异;(3)SCB试样从预制裂纹处发生压剪型起裂,发生I-II-III型裂纹扩展,分为光滑区和撕裂区,持续生长转变为动态断裂进而破坏,动态断口存在裂纹分叉出现雾化区、羽毛区特征;(4)根据M积分和最大周向应力准则,对试样进行了数值模拟,得到了试样内裂纹尖端应力强度因子分布规律及扩展路径,与试验结果一致。结论与成果对断裂力学领域的SCB试验、内裂纹、I-II-III型断裂问题、裂纹扩展路径模拟问题的研究,具有重要意义。
中图分类号:
[1] | 王海军, 郁舒阳, 汤子璇, 汤雷, 任然, 徐进. 基于3D-ILC含60°内裂纹脆性球体 I-II-III型断裂研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1573-1582. |
[2] | 李斌, 黄 达, 马文著, . 层理面特性对砂岩断裂力学行为的影响研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 858-868. |
[3] | 王瑞, 闫帅, 柏建彪, 常治国, 宋远霸, . 端帮开采下煤柱破坏宽度计算及失稳机制研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3167-3180. |
[4] | 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. |
[5] | 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. |
[6] | 董卓, 唐世斌, . 基于最大周向应变断裂准则 定向射孔水力裂缝扩展研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4543-4553. |
[7] | 刘跃东,林 健,冯彦军,司林坡,. 基于水压致裂法的岩石抗拉强度研究[J]. , 2018, 39(5): 1781-1788. |
[8] | 王 蕉,楚锡华,姜清辉. 一个与弹性应变能相协调的脆性横观各向同性材料破坏准则[J]. , 2017, 38(8): 2221-2226. |
[9] | 燕秀发 ,钱七虎 ,赵跃堂 , 周寅智,. 准脆性材料断裂模拟方法研究[J]. , 2017, 38(12): 3462-3468. |
[10] | 孙熙震,李杨杨,江 宁,沈宝堂. 类岩石材料三维裂纹传播规律试验研究[J]. , 2016, 37(4): 965-972. |
[11] | 王林峰,陈洪凯,唐红梅. 复杂反倾岩质边坡的稳定性分析方法研究[J]. , 2014, 35(S1): 181-188. |
[12] | 师 访 ,高 峰 ,杨玉贵 , . 正交各向异性岩体裂纹扩展的扩展有限元方法研究[J]. , 2014, 35(4): 1203-1210. |
[13] | 陈培帅 ,陈卫忠 ,庄 严 . 基于断裂力学的岩爆破坏形迹两级预测方法研究[J]. , 2013, 34(2): 575-584. |
[14] | 苗 雨 ,吕加贺 ,张青军 ,金祥月 ,罗 辉 . 含多裂纹沥青路面开裂机制及扩展分析[J]. , 2012, 33(5): 1513-1518. |
[15] | 黄 达,金华辉,黄润秋. 拉剪应力状态下岩体裂隙扩展的断裂力学机制及物理模型试验[J]. , 2011, 32(4): 997-1002. |
|