本文關鍵詞：預制裂紋巴西盤強度因子及非奇異應力的研究

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【摘要】：巖石等脆性介質在地下往往受到壓應力作用,在壓應力作用下裂紋產生擴展。當巖石所承受的壓應力大于裂紋閉合應力后,原有裂紋表面閉合,裂紋面相互接觸作用將對裂紋尖端應力場和位移場產生影響。本文以線彈性斷裂力學為基礎,利用權函數(shù)法研究了尖端應力強度因子,通過有限元數(shù)值法計算了尖端非奇異項應力。權函數(shù)作為一種計算裂紋尖端應力強度因子的理論方法,因其只與試樣的幾何形狀有關,所以對不同荷載條件下的計算有很大優(yōu)越性。本文利用權函數(shù)法推導了圍壓和徑向集中荷載共同作用下,考慮裂紋面摩擦的預制中心裂紋巴西盤應力強度因子計算公式。從理論上研究了圍壓、徑向荷載和摩擦力對尖端K值的影響。結果表明：圍壓不僅對KⅠ值有很大影響,并且,當裂紋面閉合后圍壓對KⅡ值同樣具有顯著影響。隨著裂紋面摩擦系數(shù)的增大,KⅡ值逐漸減小,表明如果不考慮摩擦影響所得的KⅡ值偏大,摩擦力的存在抑制裂紋尖端的起裂。利用裂紋面有效剪應力的權函數(shù)法理論解與有限元考慮接觸單元的數(shù)值解相吻合,表明本文理論分析的正確性。當裂紋面閉合之后,裂紋尖端非奇異應力不僅包括平行于裂紋面方向的Tx應力,還包括垂直于與裂紋面Ty應力。本文利用裂紋尖端應力場,提出了計算Ty應力的應力法公式。將有限元數(shù)值解與本文理論解對比,證明本文理論解正確性。研究表明,當裂紋未閉合時有限元應力法、位移法和積分法對于求解裂紋尖端非奇異項都適用。當裂紋面閉合之后,只有有限元位移法與理論解相吻合。與不考慮裂紋閉合相比,考慮裂紋面閉合裂紋尖端非奇異項Tx應力值將減小。通過計算裂紋面不同摩擦系數(shù),表明摩擦系數(shù)對非奇異項無影響。通過引入裂紋面摩擦力與尖端非奇異應力修正最大周向應力準則,求解不同裂紋傾角和摩擦系數(shù)下的裂紋起裂角。結果表明：裂紋起裂角不僅與預制裂紋傾角有關,且當裂紋閉合后還與裂紋面間摩擦力有關。通過修正最大周向應力準則計算所得理論值與實驗所得值更吻合,表明摩擦系數(shù)和尖端非奇異項應力是裂紋斷裂特性的重要參數(shù)。
【關鍵詞】：巴西盤 權函數(shù) 摩擦 應力強度因子 非奇異項
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU45
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-13
• 1.1 引言9-10
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.1 裂紋尖端非奇異項研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 閉合裂紋研究現(xiàn)狀11
• 1.3 本文主要研究內容11-13
• 2 斷裂參量13-23
• 2.1 引言13
• 2.2 裂紋的三種基本類型13-14
• 2.3 裂紋尖端應力分量和位移分量14-17
• 2.4 應力強度因子概念及確定方法17-21
• 2.4.1 應力強度因子概念17
• 2.4.2 應力強度因子確定方法17-21
• 2.5 T應力概念及確定方法21-22
• 2.5.1 T應力概念21
• 2.5.2 T應力確定方法21-22
• 2.6 本章小結22-23
• 3 裂紋尖端應力強度因子23-40
• 3.1 應力強度因子的有限元驗證23-25
• 3.2 權函數(shù)法25-26
• 3.3 理論分析26-31
• 3.3.1 完整巴西盤應力分布27-28
• 3.3.2 權函數(shù)法理論計算28-31
• 3.4 徑向荷載作用下應力強度因子31-36
• 3.4.1 有限元ANSYS分析過程31-32
• 3.4.2 結果分析32-36
• 3.5 圍壓與徑向荷載共同作用下應力強度因子36-39
• 3.6 本章小結39-40
• 4 非奇異項T應力研究40-51
• 4.1 T應力計算方法40-43
• 4.1.1 復合型裂紋尖端應力場40
• 4.1.2 Tx和Ty計算方法40-43
• 4.2 計算方法驗證與比選43-47
• 4.3 西盤裂紋尖端非奇異應力47-50
• 4.4 本章小結50-51
• 5 巴西盤斷裂特性分析51-60
• 5.1 引言51
• 5.2 二維脆性斷裂判據(jù)51-56
• 5.2.1 最大周向應力理論51-53
• 5.2.2 應變能密度因子理論53-55
• 5.2.3 最大能量釋放率理論55-56
• 5.3 修正的最大周向應力56-58
• 5.4 西盤裂紋起裂角分析58
• 5.5 本章小結58-60
• 結論60-62
• 參考文獻62-66
• 致謝66-67

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本文編號：580485