岩土力学 2017, 38(8) 2221-2226 DOI:     ISSN: 1000-7598 CN: 42-1199/O3

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强度理论
横观各向同性
破坏准则
弹性应变能
脆性材料
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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
王 蕉,楚锡华,姜清辉
武汉大学 土木建筑工程学院,湖北 武汉 430072
摘要: 岩土材料广泛存在于自然界中,在重力沉积作用下表现出明显的横观各向同性。为了更好地研究横观各向同性材料的破坏机制,基于Christensen提出的破坏准则应与弹性应变能函数相协调的思想,推导了横观各向同性材料的弹性应变能,通过应变能的分解和整理,分析了应变能中各项所表示的物理意义,确定了级数展开的基,从而使得应变能函数和材料破坏准则在形式上具有一致性,最终提出了一个适用于脆性横观各向同性材料的破坏准则。该准则由5项能够与弹性应变能相协调的部分组成,仅包含5个独立且物理力学意义清晰的参数。基于常规试验给出了5个独立参数的确定方案。通过与Tsai-Wu准则及已发表的多组试验数据的对比,验证了准则的正确性。
关键词 强度理论   横观各向同性   破坏准则   弹性应变能   脆性材料  
Failure criterion coordinated with elastic energy for transversely isotropic brittle materials
WANG Jiao, CHU Xi-hua, JIANG Qing-hui
School of Civil Engineering, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China
Abstract: Under natural conditions, geomaterials under gravity usually exhibit transversely isotropic properties. In this study, a new failure criterion for transversely isotropic brittle materials has been developed. The derivation of this failure criterion is driven by the strain energy density, rather than a completely phenomenological approach. So the form of the failure criterion can be coordinated with elastic strain energy density. This coordination explain the terms in the failure criterion as well as those in the elasticity theory. Obtained by series expansion this new failure criterion includes five independent material parameters and five terms which can be coordinated with those of the elastic energy. These material parameters can be determined by corresponding independent test, and are not just fitting parameters. The shapes of the failure surface in the stress space and in the π-plane of the proposed criterion are compared with Tsai-Wu criterion. Although the derivation of the criterion is totally different, the comparison results show this failure criterion is similar to Tsai-Wu criterion. In addition, this failure criterion can be degenerated into the criterion suggested by Christensen for isotropic materials. Comparisons with three sets of experimental data are compared to illustrate the proposed criterion. the results illustrated the prediction ability of the criterion.
Keywords: strength theory   transversely isotropy   failure criterion   elastic energy   brittle materials  
收稿日期 2016-09-10 修回日期  网络版发布日期  
DOI:
基金项目:

国家自然科学基金资助项目(No. 11172216,No. 11472196);国家重点基础研究发展计划(No. 2010CB731502)

通讯作者: 楚锡华,男,1977年生,博士,教授,博士生导师,主要从事计算固体力学与岩土颗粒材料力学方面的研究工作。E-mail:Chuxh@whu.edu.cn
作者简介: 王蕉,男,1991年生,博士,主要从事计算固体力学与岩土颗粒材料力学方面的研究工作
作者Email: wangjiao_wj@whu.edu.cn

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