岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (11): 2987-2996.doi: 10.16285/j.rsm.2021.0490

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

分布载荷加载下中心直裂纹巴西圆盘的 断裂参数研究

刘建1,乔兰1,李庆文1,李远1,赵国彦2   

  1. 1. 北京科技大学 土木与资源工程学院,北京 100083;2. 中南大学 资源与安全工程学院,湖南 长沙 410083
  • 收稿日期:2021-05-13 修回日期:2021-08-18 出版日期:2021-11-11 发布日期:2021-11-12
  • 通讯作者: 乔兰,女,1963年生,博士,教授,主要从事岩石力学与工程地质方面的研究工作。E-mail: lanqiao@ustb.edu.cn E-mail: jian_liuxs@126.com
  • 作者简介:刘建,男,1992年生,博士研究生,主要从事采矿工程与岩石力学方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金委与山东联合基金重点项目(No. U1806209)

Analytical study of fracture parameters for a centrally cracked Brazilian disc subjected to distributed diametral pressures

LIU Jian1, QIAO Lan1, LI Qing-wen1, LI Yuan1, ZHAO Guo-yan2   

  1. 1. School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 2. School of Resources and Safety Engineering, Central South University, Changsha, Hunan 410083, China
  • Received:2021-05-13 Revised:2021-08-18 Online:2021-11-11 Published:2021-11-12
  • Supported by:
    This work was supported by the Joint Program between National Natural Science Foundation of China and Shandong Province(U1806209).

摘要: 为研究分布载荷加载对中心直裂纹巴西圆盘试样断裂参数的影响,综合运用复变函数理论及权函数方法,在推导出5种形式分布载荷加载下中心直裂纹巴西圆盘(简称CCBD)试样的任意I-II型断裂参数解析解的基础上探究接触载荷分布形式及分布角度对I、II型应力强度因子及T应力的影响。研究结果表明:当接触载荷的分布角度及裂纹相对长度较大时,接触载荷的分布形式对几何参数YI、YII及T*的影响较显著;纯I型断裂的YI、T*及纯II型断裂的YII均随接触载荷分布角度的增大而减小,而纯II型断裂的T*却随接触角度的增大而增大;当接触载荷形式为常数函数时,载荷分布角度对几何参数的影响最大,而四次函数下,载荷分布角度对几何参数的影响相对最小;纯II型断裂角度受接触载荷分布形式及分布角度影响较小,而中心裂纹相对长度对其影响较显著。

关键词: 分布载荷, 中心直裂纹巴西圆盘, 应力强度因子, T应力, 解析解

Abstract: To investigate the effects of distributed diametral pressures on fracture parameters of a centrally cracked Brazilian disc (CCBD) specimen, the complex potentials theory and weight function method were adopted to derive the mixed-mode I/II fracture parameters of CCBD specimens subjected to five types of distributed loads. Based on the analytical solutions for fracture parameters, the effects of pressure distribution form and pressure distribution angle on stress intensity factors under mode I / II and T stress were investigated. The results show that the pressure distribution form has a remarkable influence on the geometric parameters, YI, YII and T* , with the relatively larger pressure distribution angle and crack length. The YI and T* under pure mode I and the YII under pure mode II both decrease as the pressure distribution angle increases, while the T* under pure mode II increases with an increased pressure distribution angle. When the pressure distribution form is a constant function, the pressure distribution angle has the most obvious effect on geometric parameters, while the degree of the influence reduces greatly for quartic polynomial function. The critical fracture angle under pure mode II is less affected by the pressure distribution form and pressure distribution angle, while the crack length has a significant effect on it.

Key words: distributed contact pressure, centrally cracked Brazilian disc, stress intensity factors, T stress, analytical solutions

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