• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
基于3D-ILC脆性材料双共面与障碍内裂纹扩展特性研究
  • 作者

    顾浩 王海军

  • 单位

    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河海大学 水利水电学院深圳水务集团

  • 摘要

    内裂纹是岩石等脆性材料的固有属性,裂纹间相互作用对材料断裂破坏特性影响巨大。以往研究多集中于表面裂纹或可简化为二维问题的穿透裂纹,对于三维内裂纹相互作用研究较少。基于3D-ILC,在不损伤试样表面的前提下生成内裂纹,对含障碍裂纹与不含障碍裂纹的试样开展拉伸试验,借助应力双折射效应定性观测应力分布,并开展数值模拟研究。结果表明:① 基于3D-ILC的内裂纹相互作用规律显著,该技术为三维内裂纹相互融合、穿透问题的研究提供了手段;② 竖直障碍裂纹破坏了双共面裂纹的应力分布,可以减小双共面裂纹靠近障碍裂纹尖端的应力集中;③ 竖直障碍裂纹对试样的起裂和破坏存在促进作用,使共面裂纹内侧起裂荷载降低10%,外侧起裂荷载降低2.5%,破坏荷载下降26.1%,含障碍裂纹试样的起裂荷载为破坏荷载的33.7%,不含障碍裂纹试样的起裂荷载为破坏荷载的41%;④ 竖直障碍裂纹不会改变试样的断裂模式,2种试样均呈现纯I型破坏特征,沿双共面裂纹所在的平面形成光滑的断裂面,断口表面存在一圈圈可表征裂纹扩展融合过程的弧纹;⑤ 竖直障碍裂纹会增强试样断裂时的应力释放,在障碍裂纹周围产生大量残余应力;⑥ 最大拉应力准则(MTS)可用于含障碍内裂纹扩展数值模拟,裂纹扩展路径以及裂纹尖端应力强度因子分布规律,与试验结果一致。

  • 关键词

    3D-ILC障碍裂纹裂纹扩展裂纹融合

  • 基金项目(Foundation)
    国家自然科学基金资助项目(51739008,U1765204);央级公益性科研院所基本科研业务费资助项目(Y419005)
  • 引用格式
    王海军,顾浩,任然,等.基于3D-ILC脆性材料双共面与障碍内裂纹扩展特性研究[J].煤炭学报,2021,46(S1):263-273.
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