為研究偏置三維內裂紋在單軸應力下的裂紋擴展過程,利用三維裂紋計算軟件Franc3d軟件進行了數(shù)值模擬,得到了裂紋擴展過程及裂紋前緣的應力強度因子變化,計算結果表明:（1）單軸拉力作用下,預制裂紋尖端首先出現(xiàn)翼型裂紋,隨后裂紋逐漸向四周擴展,裂紋先貫穿試件左右兩面,而后貫穿試件的前后面形成貫穿型裂紋.（2）三維預制內裂紋傾角α=0°、30°時,預制裂紋尖端翼裂紋擴展后期兩個翼裂紋呈現(xiàn)相互吸引的規(guī)律,而當三維預制內裂紋傾角α=45°、60°時,翼裂紋之間則不存在相互吸引靠近的趨勢,預制裂紋內側尖端的翼裂紋擴展要小于預制裂紋外側尖端.（3）相對Ⅰ型應力強度因子隨著預制裂紋尖端距離的變化（從相對距離0變化到相對距離1）呈現(xiàn)先增大后減小再增大再減小的規(guī)律,相對Ⅱ型應力強度因子隨著預制裂紋尖端距離的變化呈現(xiàn)先減小后增大再減小再增大的趨勢. 

【文章來源】：江西水利科技. 2019,45(01)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

裂紋擴展過程

第45卷第1期穿試件的左右表面，后貫穿試件的前后表面形成貫穿性裂紋；裂紋傾角越大，裂紋擴展越明顯。4模型驗證為驗證本次數(shù)值模擬的合理性，引用文獻[11]中室內試驗成果，進行裂紋試件單軸拉伸試驗與數(shù)值模擬結果的對比驗證。文獻[11]對含兩條預制裂紋的標準立方體試件在單軸拉伸作用下裂紋擴展過程進行了室內試驗研究，試件斷口見圖3（a），本文對含兩條內裂紋且裂紋傾角α=30°的方案進行了數(shù)值模擬，數(shù)值模擬結果見圖3（b）。從圖3來看，裂紋尖端呈現(xiàn)“翼裂紋”狀擴展，破裂面沿著試件橫向破壞，即裂紋擴展面垂直于最大主應力方向，驗證了數(shù)值模擬的合理性。5應力強度因子變化為直觀描述裂紋尖端的應力強度因子隨裂紋角度的變化規(guī)律，定義不同計算方案下的相對應力強度因子│Ki│/│Kmax│，以預制裂紋內側尖端為起點，逆時針環(huán)繞裂紋前緣一周的距離為1，分析相對應力強度因子隨裂紋尖端相對位置的變化規(guī)律。不同傾角下的相對應力強度因子變化見圖4。由圖4可知：（1）相對Ⅰ型應力強度因子隨著裂紋尖端距離的變化（從相對距離0變化到相對距離1）呈現(xiàn)先增大后減小再增大再減小的規(guī)律，相對Ⅰ型應力強度因子在裂紋的左右側達到最小，在前后側達到最大。（2）相對Ⅱ型應力強度因子隨著裂紋尖端距離的變化呈現(xiàn)先減小后增大再減小再增大的規(guī)律，當裂紋傾角α=0°時的相對Ⅱ型應力強度因子在裂紋左右尖端不為0，而在其他距離處為0，這表明預制裂紋尖端的相互作用是由Ⅱ型應力強度因子控制。圖4相對應力強度因子Ⅰ型相對應力強度因子Ⅱ型相對應力強度因子圖3室內試驗與數(shù)值模擬驗證（b）數(shù)值模擬結果（a）室內試驗成果劉丹珠等偏置三維內裂紋單軸拉伸裂紋擴展數(shù)值模擬39

第45卷第1期穿試件的左右表面，后貫穿試件的前后表面形成貫穿性裂紋；裂紋傾角越大，裂紋擴展越明顯。4模型驗證為驗證本次數(shù)值模擬的合理性，引用文獻[11]中室內試驗成果，進行裂紋試件單軸拉伸試驗與數(shù)值模擬結果的對比驗證。文獻[11]對含兩條預制裂紋的標準立方體試件在單軸拉伸作用下裂紋擴展過程進行了室內試驗研究，試件斷口見圖3（a），本文對含兩條內裂紋且裂紋傾角α=30°的方案進行了數(shù)值模擬，數(shù)值模擬結果見圖3（b）。從圖3來看，裂紋尖端呈現(xiàn)“翼裂紋”狀擴展，破裂面沿著試件橫向破壞，即裂紋擴展面垂直于最大主應力方向，驗證了數(shù)值模擬的合理性。5應力強度因子變化為直觀描述裂紋尖端的應力強度因子隨裂紋角度的變化規(guī)律，定義不同計算方案下的相對應力強度因子│Ki│/│Kmax│，以預制裂紋內側尖端為起點，逆時針環(huán)繞裂紋前緣一周的距離為1，分析相對應力強度因子隨裂紋尖端相對位置的變化規(guī)律。不同傾角下的相對應力強度因子變化見圖4。由圖4可知：（1）相對Ⅰ型應力強度因子隨著裂紋尖端距離的變化（從相對距離0變化到相對距離1）呈現(xiàn)先增大后減小再增大再減小的規(guī)律，相對Ⅰ型應力強度因子在裂紋的左右側達到最小，在前后側達到最大。（2）相對Ⅱ型應力強度因子隨著裂紋尖端距離的變化呈現(xiàn)先減小后增大再減小再增大的規(guī)律，當裂紋傾角α=0°時的相對Ⅱ型應力強度因子在裂紋左右尖端不為0，而在其他距離處為0，這表明預制裂紋尖端的相互作用是由Ⅱ型應力強度因子控制。圖4相對應力強度因子Ⅰ型相對應力強度因子Ⅱ型相對應力強度因子圖3室內試驗與數(shù)值模擬驗證（b）數(shù)值模擬結果（a）室內試驗成果劉丹珠等偏置三維內裂紋單軸拉伸裂紋擴展數(shù)值模擬39

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3473521