考虑三向应力效应的最大Mises应力复合断裂判据

通过对脆性断裂过程中开裂扩展机理的分析,提出了径向平面最大Mises应力(RPMS)概念。在平面应变条件下考虑泊松比的影响,对不同应力复合比的I-II复合型载荷作用下裂尖处应力分布进行了分析,以此为基础,考虑裂尖处三向应力状态对断裂过程的影响,将径向平面上的最大Mises应力作为裂纹开裂扩展的控制因素。据此,针对复合型载荷模式,提出了裂尖复合脆性断裂判据及裂纹开裂方向表达式。将计算结果与现有试验或其他理论进行了对比分析,以此验证了该径向平面上最大Mises应力断裂判据的合理性。

复合型加载条件下PMMA断裂行为的实验研究

给出一个中心裂纹圆盘断裂试验的较完整的试验技术,并用此试验技术在岛津材料试验机上对有机玻璃(polymethyl methacrylate,PMMA)这种典型的脆性材料成功地进行纯Ⅰ型、纯Ⅱ型和复合型加载条件下的断裂试验。试验结果表明,纯Ⅰ型、纯Ⅱ型及复合型加载条件下,载荷分布角γ大于8°,对KⅠ和KⅡ的试验结果有较大影响;纯Ⅰ型加载条件下裂纹是自相似扩展的,纯Ⅱ型和复合型加载条件下裂纹是非自相似扩展,且起裂始于切口端部的角点处。试验结果和有限元分析结果表明,最大周向拉应力准则对于预测非理想裂纹切口试件的开裂角仍然是有效的,但必须以实际试件切口端部角点处的应力场为依据。

含尖角裂纹的有限宽板在弯矩作用下裂纹周围应力场研究

对于含裂纹的板,有时裂纹尺寸与板的宽度相比并不很小,必须按有限宽板来计算。针对含尖角裂纹的有限宽板,建立基于弹性断裂理论的计算模型。通过所求得的复变应力函数,给出裂纹周围应力场的解析计算公式。根据保角变换原理,得到不同裂纹形状所对应的映射函数。对两端受弯矩作用含尖角裂纹的有限宽板,在具有不同的裂纹张开角情况下,对裂纹周围应力分布进行较为详细的仿真分析。另外,对不同的板宽对裂纹周围应力场的影响进行分析,并对不同裂纹张开角的情况进行了计算、比较。

基于非对称半圆弯曲试件(ASCB)测定花岗岩的Ⅰ/Ⅱ断裂力学行为

非对称半圆弯曲试件(ASCB)以结构简单、加工经济、实验实施便利等优点广泛应用于建筑材料的断裂力学行为研究,然而,目前很少使用ASCB试件测定岩石的断裂特征。本文采用不同裂纹长度的花岗岩ASCB试样,研究花岗岩的断裂韧度值、裂纹开裂角以及裂纹扩展轨迹等断裂力学行为。首先,分析裂纹长度对纯Ⅰ/Ⅱ型断裂韧度的影响。然后,结合多种混合断裂理论,分析对比断裂韧度比值理论值与试验值的差异,以及断裂理论预测开裂角及实验测量值的差异,得到了预测混合断裂韧度及裂纹断裂角的最优准则。最后,探讨了半圆弯曲、非对称半圆弯曲试件测量岩石材料断裂力学特性时存在的不足之处。研究发现,当断裂过程区尺寸为2.6 mm时,采用广义最大环向拉应力准则能够很好地预测裂纹断裂角。在使用非对称半圆弯曲试件执行岩石断裂实验时,应把预制裂纹切割更深,即调整裂纹长度与试件半径的比值达到更大。本文的研究结果将为工程岩体断裂失稳机制的研究提供参考。