共线双裂纹分布特征对其发育规律影响的研究

在自然界岩体中,裂隙的分布状态各异,考虑岩体受载条件下裂隙的不同发育和扩展情况,及其对岩体稳定性的影响,针对含不同倾角、线长比的双裂纹在单轴压缩作用下的破坏规律,以Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子为基础,建立了共线双裂纹应力强度因子的计算模型。采用扩展有限元数值模拟,对不同倾角、线长比预制裂纹的试件进行试验。结果表明:预制裂隙倾角与起裂应力呈现明显的正相关;线长比对裂隙扩展形式有所影响,其接近1时主次裂纹均产生明显翼裂纹扩展,应力强度因子KI和KⅡ在次裂纹尖端处最大,线长比大于1时KI和KⅡ在主裂纹尖端处最大。在倾角为30°、线长比为1时,岩体稳定性最差。

平面应力条件下共线双裂纹的拉伸特性

为探寻共面双线断续节理岩体平面应力条件下的拉伸特性,从远场应力角度出发,基于Fazil Erdogan(1962)在任意荷载条件下共线双裂纹的应力场分布思想,采用G.C.Sih(1972)提出的最小应变能密度因子判据(S判据),建立了远场应力与裂纹尖端附近应力场的对应关系,证明共线双裂纹在拉应力作用下自相似扩展;裂纹外侧与内侧的应力场分布形式相同,但数值偏小,且内侧裂纹先于外侧裂纹扩展;在材料性质、裂纹间距及长度已知的情况下,可反推材料破坏时的极限外力大小。

SH波在无限大功能梯度压电压磁材料中共线双裂纹处的散射

讨论了SH波在无限大功能梯度压电压磁材料中共线双裂纹处的散射问题.假定裂纹面上边界条件是电渗透性的,通过建立数学模型并利用Copson方法对问题进行求解,最后通过数值算例讨论了右裂纹尖端的应力强度因子与材料梯度参数等因素之间的关系.

一维六方压电准晶狭长体中双半无限共线裂纹问题的D-B模型

基于解析函数理论与保角映射方法,通过构造一维六方压电准晶狭长体中双半无限共线裂纹问题的D-B(Dugdale-Barenblatt)模型,研究了一维六方压电准晶狭长体中双半无限共线裂纹的弹塑性断裂力学问题,得到了塑性区尺寸及场强度因子的解析解,推广了材料中裂纹问题的已有结果,扩大了准晶压电材料弹塑性断裂力学问题的研究范围。

含共线等长双裂纹损伤钢构件的力学试验及分析

在实际工程中,钢构件在同一条直线上的多条裂纹共线排列现象,既是一种较为常见的形式,也是最具有危险性的形式。这种共线裂纹可能导致钢构件发生脆性破坏,所以有必要深入研究共线裂纹对钢构件力学性能的影响。以含共线等长双裂纹损伤钢构件为研究对象,展开了单轴拉伸试验,研究了相对裂纹长度和相对裂纹间距对钢构件的断后伸长率、屈服强度和剩余极限强度的影响规律,且在此基础上提出了含共线等长双裂纹损伤钢构件的剩余极限强度计算公式。通过与试验值进行对比分析,本文所提出的剩余极限强度计算公式的相对误差小于1%,验证了本文所提出公式的有效性和准确性。针对含多裂纹损伤钢构件的安全评估,本文提出的剩余极限强度计算公式,在一定程度上弥补了该领域的空白,为其剩余极限强度分析研究提供了一种行之有效的方法,对含多裂纹损伤钢构件后期的预防和修复等具有一定的理论价值和现实意义。

有限高狭长压电体中共线双半无限裂纹问题的解析解

通过引入合适的保角变换,利用复变函数法,分析了部分裂纹面上受反平面剪应力和面内电载荷共同作用下有限高狭长压电体中含共线双半无限裂纹问题,导出了电不可通边界条件下两个裂纹尖端场强度因子和机械应变能释放率的解析解.当不考虑电场作用时,所得解可退化到经典弹性材料的情况.而当两裂纹尖端的距离趋于无穷大时,也可退化为狭长压电体中半无限裂纹问题的解.最后,通过数值算例,讨论了受载长度、狭长体高度、机电载荷对机械应变能释放率的影响规律以及两个裂纹之间的相互作用.结果表明,两裂纹尖端的距离越短,材料越容易破坏;且机电载荷对左尖端裂纹的扩展影响更为显著.

一维六方准晶中狭长体双半无限共线快速传播裂纹的精确分析解

利用复变方法,通过引入适当的保角变换,研究了一维六方准晶中狭长体双半无限共线快速传播裂纹动力学问题,得到了裂尖处的应力强度因子.在一些特殊条件下,狭长体双半无限共线快速传播裂纹动力学问题可以转化为静力学问题,通过极限运算,可以得到裂纹在裂尖处的应力强度因子,所得结果与已有的静力学结果一致.

含共线双半无限裂纹的正交异性复合材料板平面弹性问题的解析解

运用广义复变函数方法,通过构造适当的广义保角映射研究了含有共线双半无限裂纹的正交异性复合材料板的平面弹性问题,得出了部分裂纹面上受均匀面内载荷时应力场与两裂纹尖端处应力强度因子的解析解。结果表明:应力场的大小不仅与材料的几何构型及外载荷有关,还与材料的弹性常数有关,这是正交异性复合材料不同于各向同性材料的显著特征;两裂纹尖端处应力强度因子的大小只与材料的几何构型及外载荷有关;当两裂纹尖端的距离趋于无穷大时,所得到的解析解可退化为已有的正交异性复合材料板中半无限裂纹问题的解,通过将其与已有文献中的结果进行对比,验证了本文解析解的正确性。并通过数值算例分析了裂纹面上的受载长度、两裂纹尖端的距离对应力强度因子的影响规律以及两裂纹之间的相互作用。

机电冲击荷载下狭长压电板双共线反平面裂纹的瞬态响应

对机电组合冲击荷载下狭长压电板双共线反平面裂纹的动态响应问题进行了分析。采用积分变换方法将一个电弹性混合边值问题化为奇异积分方程组,进一步利用Gauss-Chebyshev求积公式将其化为一组代数方程,求解这些代数方程并完成拉普拉斯逆变换,获得了裂纹顶端动应力和动电位移强度因子。结合压电陶瓷材料BaTO3,对动应力强度因子进行了数值计算。结果表明:无量纲动应力强度因子随时间T由零迅速增大,很快达到一个峰值,然后缓慢衰减:当T较大时,在其对应的静态值附近作微小振荡。裂纹两端动应力强度因子的峰值随比值b／h增大而增大,且稍右移。本文方法较常用的Fredholm积分方程方法,推导简便、易于数值计算。

X80油气管道焊缝双裂纹干涉效应多场耦合数值模拟方法

基于漏磁法检测管道焊缝理论,应用虚拟裂纹闭合法(Virtual crack closure technique,VCCT)提出一种流固磁多场耦合方法。以解决工程问题为例,由于实际管道中裂纹多以裂纹群的形式存在,因而应用该方法研究了X80管道焊缝共线双裂纹、环向对称双裂纹扩展问题。通过对管道焊缝内壁动态施加流体压力载荷,每完成一次裂纹增量扩展,重构网格,计算裂纹扩展进程中的特征量,包括管道内流体压力载荷P、裂纹尖端能量释放率GⅠ、扩展长度L、裂纹尖端张开角度CTOA、磁感应强度分量峰值Bx p,循环进行裂纹扩展和磁场分析。数值算例结果表明:共线双裂纹的干涉效应加速了裂纹扩展进程;环向对称双裂纹间距较大时,加速了裂纹扩展进程,当环向间距小于或等于0.5倍的焊缝环向弧长的双裂纹时,由于双裂纹干涉效应,双裂纹的存在抑制了裂纹的扩展。该方法的实现可为指导实际X80管道安全评估提供理论依据。

爆破作用下共线裂纹拉剪破坏特性研究

岩石中不同裂纹间存在相互作用,会对裂纹起裂等产生影响。运用断裂力学原理,基于经典Kachanov方法,推导了在地应力和爆破扰动作用下两条共线不等长裂纹端部的耦合应力强度因子,得出了拉剪型裂纹起裂时临界爆破扰动荷载与裂纹基本参数间的关系。

点群10mm十次对称二维准晶的双裂纹问题

文章应用复变函数法和解析函数性质研究了10mm十次对称准晶的裂纹问题。特点是把二维准晶的弹性力学问题转化成一个平面应力问题,进而把平面应力问题的弹性力学基本方程化简为一个高阶偏微分方程。借助Hilbert问题的理论推导了双共线裂纹的应力精确解,并描绘了趋近裂尖处的应力分布曲线,从而揭示了准晶类机械材料的裂尖应力的奇异性特征。

一维六方压电准晶对称条形体中共线双半无限快速传播裂纹的解析解

利用复变函数方法,通过构造保角映射,分析了一维六方压电准晶中对称条形体中共线双半无限快速传播裂纹的反平面问题,给出了在电非渗透型与电渗透型两种情况下动态应力强度因子的解析解.当速度趋于零时可退化为已有的对应的静力问题的解.得到的解析解对准晶材料的工程应用中有一定的理论价值.

立方准晶反平面双共线裂纹问题

采用解析函数的方法将立方准晶的双共线裂纹反平面问题归结为数学中的Riemann-Hilbert问题。利用Muskhelishvili的方法得到了应力与应变的全场解,具此获得了裂纹各尖端的应力强度因子以及裂纹尖端区域的声子场和相位子场的应力分布函数。结果表明,尽管声子场和相位子场通过本构方程具有耦合性,但应力强度因子并无耦合性。若外加载荷不包括相位子场力,则相位子场在裂缝尖端并无奇异性。

脆性材料在压缩载荷作用下的断裂破坏准则

目前多裂隙材料在压缩载荷作用下的力学行为问题已成为当前断裂力学及岩石力学等学科的重要课题。选取位于同一直线上的多裂隙体,考虑裂隙(纹)表面间的摩擦力并应用复变应力函数,推出了裂纹应力强度因子的解析表达式。当只有两个裂纹或一个裂纹存在时,给出了准确的应力强度因子解析解。最后依据共线双裂纹模型和单裂纹模型及传统的裂纹断裂准则,建立了脆性材料在压缩载荷作用下的断裂破毁准则。在一些特殊情况下,这个准则可以简化,并且其简化后的准则具有应用价值,特别是当材料不含有宏观裂纹时,这个准则就和著名的库伦-摩尔准则相一致。

地壳上部岩体中水平应力的估算方法

地壳上部岩体的垂直应力一般可用其上覆岩体的平均比重乘以其深度来估算,但是水平应力却很难估算。岩体的断裂韧度是一个常数,如果裂隙岩体是稳定的,水平应力必须在一定的范围内,如果水平应力超过了这一范围,岩体内的裂隙可能会发生扩展、破坏,并可能导致地震的发生,因此从裂隙岩体稳定的条件出发,可以估算出水平应力的范围。利用一共线双裂纹模型建立了裂纹稳定的应力条件,并对该应力条件的有效性进行了实验验证,实验结果表明该应力条件是有效的;然后利用该应力条件来估算水平应力的范围,其结果符合现场的测试结果,表明这一估算方法是有效的,可行的。并利用该理论能很好地解释为什么水平应力与垂直应力之比在浅部地壳中分布在较宽的范围内,但在深部区域内却分布在一个狭小的范围内。