梯度材料中矩形裂纹的对偶边界元方法分析

采用对偶边界元方法分析了梯度材料中的矩形裂纹.该方法基于层状材料基本解,以非裂纹边界的位移和面力以及裂纹面的间断位移作为未知量.位移边界积分方程的源点配置在非裂纹边界上,面力边界积分方程的源点配置在裂纹面上.发展了边界积分方程中不同类型奇异积分的数值方法.借助层状材料基本解,采用分层方法逼近梯度材料夹层沿厚度方向力学参数的变化.与均匀介质中矩形裂纹的数值解对比,建议方法可以获得高精度的计算结果.最后,分析了梯度材料中均匀张应力作用下矩形裂纹的应力强度因子,讨论了梯度材料非均匀参数、夹层厚度和裂纹与夹层之间相对位置对应力强度因子的影响.

无限域横观各向同性岩体介质中折线裂纹边界元方法

岩体材料的各向异性导致其中的光滑裂纹在扩展后会变为折线裂纹。对于折线裂纹,其折线处裂纹面外法线方向不惟一,不能用连续单元离散。为此,在光滑裂纹问题方法的基础上,引入4种新的不连续单元来离散折线处裂纹面,建立了适用于折线裂纹问题的对偶边界元方法,该方法基于横观各向同性基本解。算例验证表明,该方法具有较好的精度。最后用该方法分析了横观各向同性岩体中的折线裂纹,得到了该类裂纹的应力强度因子。当裂纹面上作用法向均布力,横观各向同性岩体介质中的矩形光滑裂纹发生弯折时,折线两侧的裂纹面在张开时存在抑制效应,从而导致折线裂纹裂尖应力强度因子小于原光滑裂纹。同时还发现,随裂纹面的逐渐弯折,其裂纹面对各向同性面的倾角发生变化,因此,其裂尖断裂特性还受到岩体各向异性的影响。

层状岩体各向异性对裂纹断裂特性影响研究

为探讨层状工程岩体在平行和垂直层面方向的各向异性对其中埋藏裂纹断裂特性的影响,将层状工程岩体地基模拟为半无限横观各向同性介质,用平行和垂直层面方向弹性系数的比值来表征该类岩体各向异性的程度,采用基于双横观各向同性材料基本解的对偶边界元方法,分析了该类岩体在平行和垂直层面方向上的弹性模量、剪切模量和泊松比的各向异性对正交于层面的单条矩形裂纹应力强度因子(SIF)和两条裂纹间相互作用的影响规律。数值计算结果表明:平行层面方向的裂尖SIF值随垂直层面方向的弹性模量和剪切模量的减小而减小,垂直层面方向的裂尖SIF值变化规律正好相反。泊松比的各向异性对裂尖SIF值和两条裂纹间的相互作用均基本无影响。