岩土力学 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (12): 4731-4739.doi: 10.16285/j.rsm.2018.2168

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于3D-ILC球体45º三维双内裂纹复合断裂研究

张珂1, 2，王海军2，任然3，汤雷2，郁舒阳1，刘鑫娜1，顾浩1   

  1. 1. 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098；2. 南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点试验室，江苏 南京 210029； 3. 深圳水务集团，深圳 518000
  • 收稿日期:2018-11-28 出版日期:2019-12-11 发布日期:2020-01-04
  • 通讯作者: 王海军，男，1985年生，博士，硕士生导师，高级工程师，主要从事断裂力学及岩石力学相关的科研工作。E-mail：hjwang@nhri.cn E-mail:1264365675@qq.com
  • 作者简介:张珂，女，1995年生，硕士研究生，主要从事地下工程及断裂力学方面的研究工作
  • 基金资助:
    国家重点研发计划（No.2016YFC0401801）；国家自然科学基金（No.U1765204，No.51409170，No.51739008）；江苏省自然科学基金面上项目（No.BK20171130）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（No.Y419005）。

Fracture characteristics of sphere with 45ºdouble embedded cracks based on 3D-ILC

ZHANG Ke1, 2, WANG Hai-jun2, REN Ran3, TANG Lei2, YU Shu-yang1, LIU Xin-na1, GU Hao1   

  1. 1. College of Water Resources and Hydropower, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China; 2. State Key Laboratory of Hydrology, Water Resources and Hydraulic Engineering, Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing, Jiangsu 210029, China; 3. Shenzhen Water Group, Shenzhen 518000, China
  • Received:2018-11-28 Online:2019-12-11 Published:2020-01-04
  • Supported by:
    This work was supported by the National Key Research and Development Plan Project(2016YFC0401801), the National Natural Science Foundation of China(U1765204, 51409170, 51739008), the Jiangsu Provincial Natural Science Foundation Funded Project(BK20171130) and the Special Fund for Basic Research Business Expenses of Central-Level Public Welfare Research Institutes(Y419005).

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摘要： 断裂力学是各领域基础科学，材料内裂纹相互作用是断裂力学的重要研究领域，但目前球体内裂纹相互作用研究成果较少。基于三维激光疲劳内裂纹（3D-ILC）技术，在对球体试样表面无任何损伤的情况下，制作三维平行纯内裂纹，开展45o倾角平行双内裂纹单轴压缩试验，对双内裂纹的裂纹扩展过程、应力双折射规律、断口特征、破坏形态、相互作用等多方面开展研究，进行含双内裂纹I-II-III型圆球断裂数值模拟，分析KⅠ、KⅡ、KⅢ分布规律，与试验相符。结果表明：（1）球体双内裂纹在单轴压缩下之间发生屏蔽作用，主裂纹面穿过两预制内裂纹；（2）翼型裂纹光滑区呈现I-II型裂纹断口特征，翼型裂纹侧面撕裂区呈现“矛状”III型裂纹特征；（3）基于M积分计算的KI、KII、KIII分析与基于断裂特征的I、II、III型裂纹类型分析一致。3D-ILC技术可用于球体内裂纹相互作用断裂试验研究，球体内裂纹试验与理论分析为脆性材料内裂纹扩展及相互作用研究提供试验与理论参考。

关键词: 三维激光疲劳内裂纹（3D-ILC）, 断裂力学, 内裂纹扩展, 脆性材料, 裂纹相互作用

Abstract: Crack interaction in materials is an important research area of fracture mechanics that plays a fundamental role in various fields, but few studies have been conducted on the interaction between internal cracks of brittle spherical material. Based on the 3D-internal laser-engraved crack(3D-ILC) technology, two 45° embedded cracks were generated internally in the spherical glass, and uniaxial compression test was performed. The crack propagation, failure morphology and interaction of the cracks were analysed in this experimental research. The distributions of KⅠ, KⅡ, KⅢ were also analysed based on the M-integral, and the results were consistent with experiments. The results show that: 1) The interaction between two cracks occurs in the test. Due to the shielding effect between the double embedded cracks, the crack growth presents obvious anti-symmetric characteristics. 2) The wing crack growth surface presents both smooth area and tear area, corresponding to the I-II crack and III crack respectively. 3) The simulation result is consistent with the experimental observation. The 3D-ILC technology introduced by the paper can provide experimental and theoretical basis for the study of fracture theory of brittle spheres with parallel internal cracks.

Key words: 3D-internal laser-engraved crack(3D-ILC), fracture mechanics, internal crack propagation, brittle material, interaction of cracks

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