Ⅰ型断裂韧度模拟方法及细观影响因素研究
发布时间：2021-07-31 09:04
既有离散元参数敏感性分析大多集中在压缩试验及巴西劈裂试验,对Ⅰ型断裂韧度KIc试验细观影响因素及3D破裂过程系统分析的报道较少。采用三维平节理模型（FJM3D）研究微观结构参数及黏结细观参数对不同切槽形状的Ⅰ型断裂韧度试验的影响。微观结构参数包括晶粒平均半径的平方根R1/2、模型分辨率Ψ和最大/最小晶粒直径dmax/dmin。黏结细观参数包括平均配位数CN、S类型单元比例φs、黏结抗拉强度σb、黏结内聚力cb、摩擦系数μ和摩擦角φ。参数敏感性分析结果表明,KIc与R1/2、CN及σb正相关,与dmax/dmin 、φs负相关,而与Ψ、cb、μ和φ无明显的线性关系,此外为获得较低的KIc波动水平,给出了参数Ψ和dmax/dmin
【文章来源】：岩土力学. 2020,41(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
型断裂韧度Fig.3GeometricaldimensionsofmsCC－C(a)SCB试样
第8期吴顺川等：Ⅰ型断裂韧度模拟方法及细观影响因素研究2543(a)荷载、裂纹数目与位移关系曲线(b)2.58kN(79%Fp)(c)3.14kN(96%Fp)(d)3.25kN(99%Fp)(nT=10,nS=0)(nT=107,nS=0)(nT=169,nS=0)(e)3.27kN(100%Fp)(f)2.16kN(66%Fp)(nT=218,nS=0)(nT=770,nS=0)图9排列4的SCB数值试验的细观裂纹扩展过程Fig.9DevelopmentofthefailureprocessintheSCBnumericaltestofarrangement4CCNSCB细观模型的I型断裂韧度试验分为3个阶段，即人字形切槽尖端起裂（a点）、稳定扩展（a～c点）和贯通（c～e点）阶段。CCNSCB数值试验破裂过程类似于室内试验，裂纹起裂荷载1.61kN，位于人字切槽尖端，均为张拉裂纹，约为峰值时总裂纹数目的10%。随后张拉裂纹沿人字形韧带向上稳定扩展，裂纹均为张拉裂纹。其荷载点b处荷载为1.80kN，约为峰值荷载的86%。之后，进入非稳定扩展、贯通阶段，在c点荷载达到最大值2.09kN，此时，细观张拉裂纹达到临近长度。不同于SCB试样，CCNSCB试验荷载从c点到e点阶梯式下降。张拉裂纹由人字切槽扩展到半圆盘表面，随后裂纹在较小的位移下数量急剧增加，是峰值时总裂纹数目的约15倍。在c点随着荷载的下降裂纹急剧增加，最终形成贯通半圆盘表面的宏观裂纹。整个过程来看，从a～d点，裂纹前缘基本为曲线形，不同于理论假定的穿透直裂纹[18-19]，离散元模型反映了试样的非均质性。之所以CCNSCB与SCB数值试验呈现较大差别，是因为两者不同的切槽形状对应着不同的破裂机制，人字形切槽尖端较直切槽更为应力集中?
此时裂纹在空间上长度最大，尖端应力较人字切槽尖端应力集中程度减缓，试验需要一定的时步来加剧其应力集中使黏结破裂，因此，在荷载-位移曲线上体现出震荡增加或下降，这也从数值试验角度解释了CCNSCB试样的断裂韧度一般高于SCB试样。(a)荷载、裂纹数目与位移关系曲线(b)1.61kN(77%Fp)(c)1.80kN(86%Fp)(d)2.09kN(100%Fp)(nT=7,nS=0)(nT=28,nS=0)(nT=71,nS=0)(e)2.08kN(99.5%Fp)(f)1.20kN(57%Fp)(nT=206,nS=0)(nT=1039,nS=0)图10排列4的CCNSCB数值试验的细观裂纹扩展过程Fig.10DevelopmentofthefailureprocessintheCCNSCBnumericaltestofarrangement4图11(a)、11(b)展示了SCB和CCNSCB试样室内试验在加载方向上有单条宏观裂纹，黑色细线表示宏观裂纹。数值试验的破裂试样见图11(c)、11(d)，红色圆碟表征细观裂纹，两者具有可比性，在加载方向上为一条宏观破裂。虽然FJM3D模型的细观裂纹是离散的，仍可清晰分辨出宏观裂纹为单条。0.000.050.100.150.200.250.300.350.400123荷载/kN位移/mm排列4的FJM3D模型030060090012001500ecdb张拉裂纹-位移曲线剪切裂纹-位移曲线裂纹数目/个a0.000.050.100.150.200.250.300.350.4001234荷载/kN位移/mm排列4的FJM3D模型030060090012001500ecdb张拉裂纹-位移曲线剪切裂纹-位移曲线裂纹数目/个a
【参考文献】：
期刊论文
[1]中心直裂纹半圆盘试样的石灰岩断裂韧度尺寸效应试验研究[J]. 张盛,王龙飞,常旭,王东坤,王小良,乔洋. 岩土力学. 2019(05)
[2]Coupled hydro-thermo-mechanical modeling of hydraulic fracturing in quasi-brittle rocks using BPM-DEM[J]. Ingrid Tomac,Marte Gutierrez. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2017(01)
[3]岩石断裂韧度CCNSCB方法渐进破坏机制与无量纲应力强度因子宽范围标定[J]. 戴峰,魏明东,徐奴文,许媛,赵涛. 岩土力学. 2016(11)
[4]岩石断裂韧度的国际联合试验研究[J]. 徐纪成,刘大安,孙宗颀,张静宜,黎振兹,易建国. 中南工业大学学报. 1995(03)
博士论文
[1]脆性岩石抗拉特性及其破裂机制的试验与细观模拟研究[D]. 许学良.北京科技大学 2017
本文编号：3313173
【文章来源】：岩土力学. 2020,41(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
型断裂韧度Fig.3GeometricaldimensionsofmsCC－C(a)SCB试样
第8期吴顺川等：Ⅰ型断裂韧度模拟方法及细观影响因素研究2543(a)荷载、裂纹数目与位移关系曲线(b)2.58kN(79%Fp)(c)3.14kN(96%Fp)(d)3.25kN(99%Fp)(nT=10,nS=0)(nT=107,nS=0)(nT=169,nS=0)(e)3.27kN(100%Fp)(f)2.16kN(66%Fp)(nT=218,nS=0)(nT=770,nS=0)图9排列4的SCB数值试验的细观裂纹扩展过程Fig.9DevelopmentofthefailureprocessintheSCBnumericaltestofarrangement4CCNSCB细观模型的I型断裂韧度试验分为3个阶段，即人字形切槽尖端起裂（a点）、稳定扩展（a～c点）和贯通（c～e点）阶段。CCNSCB数值试验破裂过程类似于室内试验，裂纹起裂荷载1.61kN，位于人字切槽尖端，均为张拉裂纹，约为峰值时总裂纹数目的10%。随后张拉裂纹沿人字形韧带向上稳定扩展，裂纹均为张拉裂纹。其荷载点b处荷载为1.80kN，约为峰值荷载的86%。之后，进入非稳定扩展、贯通阶段，在c点荷载达到最大值2.09kN，此时，细观张拉裂纹达到临近长度。不同于SCB试样，CCNSCB试验荷载从c点到e点阶梯式下降。张拉裂纹由人字切槽扩展到半圆盘表面，随后裂纹在较小的位移下数量急剧增加，是峰值时总裂纹数目的约15倍。在c点随着荷载的下降裂纹急剧增加，最终形成贯通半圆盘表面的宏观裂纹。整个过程来看，从a～d点，裂纹前缘基本为曲线形，不同于理论假定的穿透直裂纹[18-19]，离散元模型反映了试样的非均质性。之所以CCNSCB与SCB数值试验呈现较大差别，是因为两者不同的切槽形状对应着不同的破裂机制，人字形切槽尖端较直切槽更为应力集中?
此时裂纹在空间上长度最大，尖端应力较人字切槽尖端应力集中程度减缓，试验需要一定的时步来加剧其应力集中使黏结破裂，因此，在荷载-位移曲线上体现出震荡增加或下降，这也从数值试验角度解释了CCNSCB试样的断裂韧度一般高于SCB试样。(a)荷载、裂纹数目与位移关系曲线(b)1.61kN(77%Fp)(c)1.80kN(86%Fp)(d)2.09kN(100%Fp)(nT=7,nS=0)(nT=28,nS=0)(nT=71,nS=0)(e)2.08kN(99.5%Fp)(f)1.20kN(57%Fp)(nT=206,nS=0)(nT=1039,nS=0)图10排列4的CCNSCB数值试验的细观裂纹扩展过程Fig.10DevelopmentofthefailureprocessintheCCNSCBnumericaltestofarrangement4图11(a)、11(b)展示了SCB和CCNSCB试样室内试验在加载方向上有单条宏观裂纹，黑色细线表示宏观裂纹。数值试验的破裂试样见图11(c)、11(d)，红色圆碟表征细观裂纹，两者具有可比性，在加载方向上为一条宏观破裂。虽然FJM3D模型的细观裂纹是离散的，仍可清晰分辨出宏观裂纹为单条。0.000.050.100.150.200.250.300.350.400123荷载/kN位移/mm排列4的FJM3D模型030060090012001500ecdb张拉裂纹-位移曲线剪切裂纹-位移曲线裂纹数目/个a0.000.050.100.150.200.250.300.350.4001234荷载/kN位移/mm排列4的FJM3D模型030060090012001500ecdb张拉裂纹-位移曲线剪切裂纹-位移曲线裂纹数目/个a
【参考文献】：
期刊论文
[1]中心直裂纹半圆盘试样的石灰岩断裂韧度尺寸效应试验研究[J]. 张盛,王龙飞,常旭,王东坤,王小良,乔洋. 岩土力学. 2019(05)
[2]Coupled hydro-thermo-mechanical modeling of hydraulic fracturing in quasi-brittle rocks using BPM-DEM[J]. Ingrid Tomac,Marte Gutierrez. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2017(01)
[3]岩石断裂韧度CCNSCB方法渐进破坏机制与无量纲应力强度因子宽范围标定[J]. 戴峰,魏明东,徐奴文,许媛,赵涛. 岩土力学. 2016(11)
[4]岩石断裂韧度的国际联合试验研究[J]. 徐纪成,刘大安,孙宗颀,张静宜,黎振兹,易建国. 中南工业大学学报. 1995(03)
博士论文
[1]脆性岩石抗拉特性及其破裂机制的试验与细观模拟研究[D]. 许学良.北京科技大学 2017
本文编号：3313173
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/chengjian/3313173.html
