工程斷裂中的T應(yīng)力及其對(duì)裂紋擴(kuò)展路徑的影響.pdf

1、巖石、混凝土等工程材料中常含有裂紋這類(lèi)缺陷，如何避免裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的斷裂，這是一個(gè)尤為重要的問(wèn)題。裂紋的擴(kuò)展主要是裂尖附近的應(yīng)力集中所致。除了奇異項(xiàng)應(yīng)力外，裂尖附近的常數(shù)項(xiàng)應(yīng)力(即T應(yīng)力)對(duì)材料中的裂紋擴(kuò)展路徑也起著決定性的作用。為了闡明工程材料中斷裂參數(shù)與T應(yīng)力之間的依賴(lài)關(guān)系，詮釋裂紋擴(kuò)展路徑機(jī)理，在下列方面進(jìn)行了比較深入而系統(tǒng)的理論分析和數(shù)值計(jì)算。
　　 1.在光彈實(shí)驗(yàn)中利用應(yīng)力--光學(xué)定律，推導(dǎo)出應(yīng)力強(qiáng)度因子K

2、和T應(yīng)力與擴(kuò)展裂紋尖端附近等差線(xiàn)條紋級(jí)數(shù)之間的非線(xiàn)性關(guān)系式，再借助求解非線(xiàn)性方程組的最小二乘法確定應(yīng)力強(qiáng)度因子K和T應(yīng)力。對(duì)T應(yīng)力在擴(kuò)展裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)中的影響進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)T應(yīng)力的大小和正負(fù)影響裂紋擴(kuò)展尖端的光彈條紋的形狀大小及傾斜度。因此在模擬裂紋擴(kuò)展路徑有必要考慮T應(yīng)力的影響，并且對(duì)裂紋頂端的塑性區(qū)的小范圍屈服修正時(shí)也有必要考慮T應(yīng)力。
　　 2.微裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)中的T應(yīng)力對(duì)裂紋擴(kuò)展角和斷裂韌度均有較大影響，這樣造成傳統(tǒng)最大

3、周向應(yīng)力斷裂判據(jù)預(yù)測(cè)裂紋擴(kuò)展角和斷裂韌度結(jié)果偏差較大。本文提出了結(jié)合了T應(yīng)力的修正最大周向應(yīng)力斷裂判據(jù)。在雙軸壓縮下的試件斷裂中，將修正最大周向應(yīng)力判據(jù)應(yīng)用于模擬試件的壓縮斷裂。模擬擴(kuò)展路徑時(shí)，用指數(shù)函數(shù)來(lái)描述巖石類(lèi)脆性材料中的裂紋粗糙界面退化，在擴(kuò)展有限元模擬結(jié)果中發(fā)現(xiàn)結(jié)合了T應(yīng)力判據(jù)的模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。
　　 3.在非定常熱彈性單邊裂紋無(wú)限長(zhǎng)板斷裂中，本文利用疊加原理，通過(guò)傅立葉轉(zhuǎn)換，求解出奇異積分方程。從理論上分析

4、了在非定常狀態(tài)下的溫度場(chǎng)中，裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)中的應(yīng)力強(qiáng)度因子和T應(yīng)力分別與Biot數(shù)、裂紋長(zhǎng)度及時(shí)間的關(guān)系。理論計(jì)算結(jié)果和有限元計(jì)算結(jié)果比較吻合。同時(shí)在熱荷載作用下的PMMA材料的斷裂實(shí)驗(yàn)中，結(jié)合T應(yīng)力的有限元模擬值比較符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　 4.在混凝土三相材料中，引入彈簧層接觸界面模型，理論計(jì)算得到了骨料和粘接層對(duì)應(yīng)力強(qiáng)度因子和T應(yīng)力影響，發(fā)現(xiàn)其對(duì)應(yīng)力強(qiáng)度因子和T應(yīng)力有很大的影響。由于T應(yīng)力對(duì)裂尖塑性區(qū)有影響，通過(guò)建立雙參數(shù)K-