基体界面屈服强度和残余应力失配对界面裂纹扩展的影响

对基体界面屈服强度和残余应力失配情况下的界面裂纹扩展机制进行了力学理论分析,并通过位错与裂纹的关系理论计算了界面裂纹尖端塑性区尺寸。结果表明:当界面裂纹由低强度区向高强度区扩展时,高强度区的残余压应力和屈服强度减少了裂纹尖端的塑性区长度和裂纹尖端张开位移,从而起到了抑制界面裂纹扩展的作用。     

基于ABAQUS二次开发的巴西圆盘断裂机理

针对含中心裂纹的巴西圆盘开裂模型利用ABAQUS进行了参数化二次开发,基于扩展有限元法和最大周向应力准则对试件裂纹扩展进行数值模拟并验证,研究了围压对裂纹扩展以及裂纹尖端应力强度因子和T应力的影响.研究结果表明,试件在预制裂纹尖端发生起裂并沿最大周向应力方向扩展.随着裂纹倾角增大,Ⅰ型应力强度因子逐渐减小,Ⅱ型应力强度因子呈现先增大后减小的趋势,T应力逐渐增大.随着围压数值的升高,试件的断裂韧度增大,T应力增大,而Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子几乎不受影响.     

复杂应力状态下TBM刀盘裂纹应力强度因子分析

为了预测全断面岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)刀盘的疲劳寿命,本文对其裂纹尖端的应力强度因子进行了研究。以某水利工程的刀盘为研究对象,采用基于子模型技术的有限元法分析复杂应力状态下刀盘裂纹的应力强度因子,并给出了不同裂纹参数对应力强度因子的影响规律,为刀盘裂纹扩展寿命的预测提供输入条件。分析表明,当裂纹位置角为45°或135°时,裂纹尖端的等效应力强度因子最大,对结构损伤最严重;形状比对K_Ⅰ值影响最显著,形状比越大,尖端K_Ⅰ值相差越大,在深度方向的扩展趋势也越强;K_Ⅰ、K_Ⅱ及K_Ⅲ值均随裂纹深度的增加而增大,裂纹尖端最深处以张开型扩展形式为主,而表面点则是3种开裂形式并存。     

正交异性双材料反平面界面裂纹分析

研究了正交异性双材料反平面界面裂纹问题。采用复合材料断裂复变方法,构造了特殊应力函数,通过求解一类偏微分方程组边界问题,推导出界面裂纹尖端附近的应力场、位移场及应力强度因子的表达式,确定了裂纹尖端应力场的奇异性,结果现实裂尖附近应力具有r^-1/2的奇异性,但没有振荡性。     

双材料界面Ⅰ型裂纹尖端的弹粘塑性场

考虑裂纹尖端的奇异性,建立了双材料界面准静态扩展裂纹尖端的弹粘塑性控制方程.引入界面裂纹尖端的位移势函数和边界条件,对刚性-弹粘塑性Ⅰ型界面裂纹进行了数值分析,求得了界面裂纹尖端应力应变场,并讨论了界面裂纹尖端场随各影响参数的变化规律.计算结果表明,粘性效应是研究界面扩展裂纹尖端场时的一个主要因素,界面裂纹尖端为弹粘性场,其场受材料的粘性系数和奇异性指数控制.     

双材料界面I型裂纹尖端的弹粘塑性场

考虑裂纹尖端的奇异性,建立了双材料界面准静态扩展裂纹尖端的弹粘塑性控制方程.引入界面裂纹尖端的位移势函数和边界条件,对刚性-弹粘塑性I型界面裂纹进行了数值分析,求得了界面裂纹尖端应力应变场,并讨论了界面裂纹尖端场随各影响参数的变化规律.计算结果表明,粘性效应是研究界面扩展裂纹尖端场时的一个主要因素,界面裂纹尖端为弹粘性场,其场受材料的粘性系数和奇异性指数控制.     

岩石亚临界裂纹扩展机制及工程门槛值研究

采用双扭试件常位移松弛法,对4种岩石进行亚临界裂纹扩展试验研究,得出采场矿岩亚临界裂纹扩展速度与应力强度因子之间的关系,分析了不同岩石中裂纹亚临界扩展的规律,确定了岩石亚临界裂纹扩展的停滞速度和工程应用门槛值K0。研究表明:采用常位移松弛法所测岩石的lgKI-lgV关系都有很好的线性规律,即岩石的亚临界裂纹扩展速率与裂纹尖端应力强度因子服从幂函数关系,并且同种岩性的lgKI-lgV关系直线斜率大致相等。4种岩石的K0/KIC值的变化在0.705～0.797之间。试验结果为岩土工程中的可靠性与稳定性研究提供了可靠依据。     

岩石在压应力作用下的裂纹扩展模型

在分析压应力作用下裂纹扩展模型的基础上,指出了目前几种常用的岩石中平面分支裂纹尖端应力强度因子的近似解析式所存在的问题,并给出了应力强度因子的较为简便且合理的近似表达式.     

双材料界面Ⅱ型扩展裂纹尖端的弹粘塑性场

双材料界面中材料粘性效应的存在,粘性效应对界面裂纹尖端场的分布和对界面本身性能的变化起着重要的影响.考虑裂纹尖端的奇异性,建立了双材料界面扩展裂纹尖端的弹粘塑性控制方程.引入界面裂纹尖端的位移势函数和边界条件,对刚性——弹粘塑性界面Ⅱ型界面裂纹进行了数值分析,求得了界面裂纹尖端应力应变场,并讨论了界面裂纹尖端场随各影响参数的变化规律.计算结果表明,粘性效应是研究界面扩展裂纹尖端场时的一个主要因素,界面裂纹尖端为弹粘性场,其场受材料的粘性系数、马赫数和奇异性指数控制.     

SBR乳液改性水泥砂浆断裂性能

通过对带有切口的砂浆试样进行三点弯曲试验测试,得到了掺量为0-18%的SBR(styrene-butadiene rubber,简称SBR)乳液改性水泥砂浆荷载-变形曲线及相应裂缝嘴张开位移(CMOD),并通过理论计算得到了不同掺量下改性水泥砂浆的有效裂纹长度(αeff)、临界应力强度因子(KSIC)及裂纹尖端张开位移(CTOD)等断裂特征参数.结果表明:SBR乳液改性水泥砂浆的临界荷载、相应变形及裂缝嘴张开位移随着乳液掺量的增加而增大,临界荷载随乳液掺量的增加仅增加13.4%,而变形及裂缝嘴张开位移则分虽增加了68.4%和64.5%;裂缝嘴张开位移、有效裂纹扩展长度、临界应力强度因子及裂纹尖端张开位移等则随着乳液掺量的增加呈指数增加;采用裂纹尖端张开位移较裂缝嘴张开位移更能体现出SBR乳液对砂浆作用效果的差异性.     

双材料界面裂纹断裂参数的实验测定

首先推导了双材料界面裂纹尖端的位移场和应力强度因子之间的关系式。利用云纹干涉法实测了应力强度因子，并将实验结果与理论结果进行了比较。     

可压缩粘弹性材料Ⅰ型动态扩展裂纹尖端场

为了研究粘性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了可压缩粘弹性材料Ⅰ型动态扩展裂纹的力学模型,推导了可压缩材料Ⅰ型动态扩展裂纹的本构方程.在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级.通过渐近分析求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近解,并采用打靶法求得了裂纹尖端应力、应变和位移的数值结果,给出了应力、应变和位移随各种参数的变化曲线.数值计算表明,弹性可压缩变形对Ⅰ型裂纹尖端应力场影响甚微,而对应变场和位移场影响较大.裂纹尖端场主要受材料的蠕变指数n和马赫数M控制.当泊松比v=0.5时,可以退化为不可压缩粘弹性材料Ⅰ型动态扩展裂纹.     

基于DSCM的岩石蠕变变形场演化试验研究

采用分级加载方式对一种红砂岩试件进行单轴压缩蠕变试验,通过Charge-Coupled De-vice(CCD)相机采集加载全过程的试件表面散斑图像,以白光数字散斑相关方法(DSCM)对分级加载不同阶段试件表面变形场演化及裂隙位移演化进行观测和分析.结果表明:在分级加载过程中,试件的瞬时变形量随着载荷的增加而减小,蠕变变形量随着载荷的增加而增加;低应力水平,试件处于均匀变形状态,不发生蠕变或蠕变量较小;中等应力水平,裂隙产生及裂隙在整个恒载期间未发生蠕变扩展的变形累积阶段;高应力水平,裂隙在恒载初期的变形累积到恒载后期的裂隙稳定蠕变扩展,最终加速蠕变扩展;当岩石试件变形出现裂隙区域后,裂隙的位移错动和位移拉伸直接影响了岩石蠕变位移特征.裂隙的位移错动速率包括减速错动、稳定错动和加速错动3种形式.     

岩石压剪断裂及其强度特性分析

籍助于断裂力学的理论和有限元数值计算方法，分析了压剪断裂过程中裂纹尖端应力场的演变规律；修正了应力强度因子的有关计算式，建立了表征初裂的新的断裂准则；反映了裂纹几何尺寸、分布规律、裂纹面物理力学性质、岩石材料断裂韧度，以及围压效应对岩石压剪断裂的影响．     

二维十次对称压电准晶含Griffith裂纹的平面问题

利用Stroh公式结合半逆解法,得到裂纹尖端附近的场解和场强度因子解,并利用权函数方法求解裂纹尖端的能量释放率.结合算例,探讨不同集中载荷作用下场强度因子和能量释放率的变化规律,并分析无限远处均匀载荷作用时裂尖附近的应力和位移,与椭圆孔以及相应的退化结果对比验证.结果表明,在裂尖附近作用集中载荷,对力强度因子以及电位移强度因子有显著影响,能量释放率是电场、声子场、相位子场、声子场-相位子场耦合效应以及电场-声子场耦合效应共同作用的结果,且应力强度因子、电位移强度因子和能量释放率共同表征了裂纹扩展过程中的应力集中以及扩展的大致方向.     

断续节理介质爆生裂纹扩展的动焦散实验研究

应用动态焦散线测试系统,模拟断续节理岩体断裂爆破过程,进行了有机玻璃（PMMA）模型透射式动态焦散线实验,研究了无充填和充填断续节理对切缝药包断裂控制爆破裂纹扩展规律的影响和裂纹扩展的机理．结果表明：切缝药包爆炸应力波到达无充填断续节理面后,在节理的两端产生了两条翼裂纹,翼裂纹基本沿原爆生裂纹方向继续扩展,最长达2．5cm,翼裂纹尖端复合应力强度因子呈由小变大再变小连续波动变化的趋势,裂纹扩展速度和加速度变化趋势与应力强度因子变化类似;爆炸应力波到达充填断续节理面后,同样在节理两端产生了两条翼裂纹,翼裂纹向两侧偏移很大,翼裂纹最长达4cm,翼裂纹尖端应力强度因子KI^d呈由小变大再变小连续波动变化的趋势,动态应力强度因子K☆则呈由大变小连续振荡变化的趋势,而且翼裂纹扩展过程中具有起裂时间早、裂纹扩展速度和加速度峰值大的特征．     

法向压缩载荷对II型裂纹扩展的影响规律研究

压剪共同作用下裂纹是地下岩体中广泛存在的,为了研究法向压缩载荷对剪切型即II型裂纹扩展的影响规律,利用砂岩制作了单边裂纹试件,通过岩石剪切实验系统对不同法向压缩载荷作用下的裂纹进行了剪切实验研究,结果表明法向压缩载荷对裂纹的起裂及扩展起到抑制作用,随着裂纹法线压缩载荷的增大,裂纹起裂角逐渐减小;同时,得出法向压缩载荷与II型裂纹极限应力强度因子之间的关系,随着法向压缩载荷增大,岩石II型裂纹极限应力强度因子也随之增大。运用ABAQUS模拟软件,对不同压缩载荷作用下压剪裂纹的扩展进行模拟研究,得出了裂纹尖端II型应力强度因子随压缩载荷的变化规律。     

广义扩展有限元及其在裂纹扩展中的应用

广义扩展有限元是广义有限元和扩展有限元两者结合起来形成的一种新的数值方法。介绍了广义扩展有限元的基本原理并推导了相应的公式,提出了将Westergaard裂纹尖端奇异场的基函数作为结点位移插值函数,探讨了数值积分策略,给出了裂纹尖端应力强度因子的计算方法,编写广义扩展有限元程序。通过典型含裂纹平板的计算,表明广义扩展有限元计算应力强度因子精度更高,也不需要划分过密的网格。     

双材料混合型界面裂纹尖端应力场、位移场

研究了正交异性双材料中心穿透界面裂纹问题。在特征方程组的判别式都小于零的情形下,求解一类广义重调和方程组边值问题,通过构造新的应力函数,推出了Ⅰ型、Ⅱ型、混合型界面裂纹尖端的应力场、位移场及应力强度因子的解析表达式。其结果没有振荡奇异性及裂纹面没有相互嵌入现象,当上下半平面材料参数相同时,可获得正交异性单材料的应力场、位移场。     

渗透水压下岩体多裂纹相互作用的计算

根据断裂力学理论,建立渗透水压下多裂隙岩体的力学模型,运用叠加原理,推导远场应力和裂隙水压力共同作用下的多裂纹尖端应力强度因子的计算公式,并在此基础上探讨了近置多裂纹间的相互影响。计算结果表明,如果裂纹之间间距较小,裂纹的相互作用对裂纹尖端处的应力场影响较大,根据裂纹的相对几何位置和裂纹倾角变化,进行不同叠加后的应力场可产生2种效应,应力强度影响加强区与应力强度影响减弱区,当相邻裂纹尖端处于加强区时,该裂纹的应力强度因子将会变大,反之则变小。考虑裂纹间的相互作用与裂纹间的相对距离有关,随着裂纹间距的增大,计算所得出的应力强度因子值都趋于一个定值,该值为不考虑相邻裂纹的影响,计算单一裂纹所得到的应力强度因子值,即当裂纹间距〉裂纹长度时,可以忽略邻近裂纹的相互作用对裂纹尖端应力场的影响。同时,裂隙渗透压的存在,显著影响裂纹尖端的应力场,各条裂纹尖端KI随着渗透压的增大而增加（使-KI逐渐减小）,这表明渗透压抵消了一部分裂纹表面正应力。