预制裂纹巴西盘强度因子及非奇异应力的研究

发布时间：2017-07-27 08:16

  本文关键词：预制裂纹巴西盘强度因子及非奇异应力的研究

  更多相关文章： 巴西盘 权函数 摩擦 应力强度因子 非奇异项

【摘要】：岩石等脆性介质在地下往往受到压应力作用,在压应力作用下裂纹产生扩展。当岩石所承受的压应力大于裂纹闭合应力后,原有裂纹表面闭合,裂纹面相互接触作用将对裂纹尖端应力场和位移场产生影响。本文以线弹性断裂力学为基础,利用权函数法研究了尖端应力强度因子,通过有限元数值法计算了尖端非奇异项应力。权函数作为一种计算裂纹尖端应力强度因子的理论方法,因其只与试样的几何形状有关,所以对不同荷载条件下的计算有很大优越性。本文利用权函数法推导了围压和径向集中荷载共同作用下,考虑裂纹面摩擦的预制中心裂纹巴西盘应力强度因子计算公式。从理论上研究了围压、径向荷载和摩擦力对尖端K值的影响。结果表明：围压不仅对KⅠ值有很大影响,并且,当裂纹面闭合后围压对KⅡ值同样具有显著影响。随着裂纹面摩擦系数的增大,KⅡ值逐渐减小,表明如果不考虑摩擦影响所得的KⅡ值偏大,摩擦力的存在抑制裂纹尖端的起裂。利用裂纹面有效剪应力的权函数法理论解与有限元考虑接触单元的数值解相吻合,表明本文理论分析的正确性。当裂纹面闭合之后,裂纹尖端非奇异应力不仅包括平行于裂纹面方向的Tx应力,还包括垂直于与裂纹面Ty应力。本文利用裂纹尖端应力场,提出了计算Ty应力的应力法公式。将有限元数值解与本文理论解对比,证明本文理论解正确性。研究表明,当裂纹未闭合时有限元应力法、位移法和积分法对于求解裂纹尖端非奇异项都适用。当裂纹面闭合之后,只有有限元位移法与理论解相吻合。与不考虑裂纹闭合相比,考虑裂纹面闭合裂纹尖端非奇异项Tx应力值将减小。通过计算裂纹面不同摩擦系数,表明摩擦系数对非奇异项无影响。通过引入裂纹面摩擦力与尖端非奇异应力修正最大周向应力准则,求解不同裂纹倾角和摩擦系数下的裂纹起裂角。结果表明：裂纹起裂角不仅与预制裂纹倾角有关,且当裂纹闭合后还与裂纹面间摩擦力有关。通过修正最大周向应力准则计算所得理论值与实验所得值更吻合,表明摩擦系数和尖端非奇异项应力是裂纹断裂特性的重要参数。
【关键词】：巴西盘 权函数 摩擦 应力强度因子 非奇异项
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 引言9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.2.1 裂纹尖端非奇异项研究现状10-11
• 1.2.2 闭合裂纹研究现状11
• 1.3 本文主要研究内容11-13
• 2 断裂参量13-23
• 2.1 引言13
• 2.2 裂纹的三种基本类型13-14
• 2.3 裂纹尖端应力分量和位移分量14-17
• 2.4 应力强度因子概念及确定方法17-21
• 2.4.1 应力强度因子概念17
• 2.4.2 应力强度因子确定方法17-21
• 2.5 T应力概念及确定方法21-22
• 2.5.1 T应力概念21
• 2.5.2 T应力确定方法21-22
• 2.6 本章小结22-23
• 3 裂纹尖端应力强度因子23-40
• 3.1 应力强度因子的有限元验证23-25
• 3.2 权函数法25-26
• 3.3 理论分析26-31
• 3.3.1 完整巴西盘应力分布27-28
• 3.3.2 权函数法理论计算28-31
• 3.4 径向荷载作用下应力强度因子31-36
• 3.4.1 有限元ANSYS分析过程31-32
• 3.4.2 结果分析32-36
• 3.5 围压与径向荷载共同作用下应力强度因子36-39
• 3.6 本章小结39-40
• 4 非奇异项T应力研究40-51
• 4.1 T应力计算方法40-43
• 4.1.1 复合型裂纹尖端应力场40
• 4.1.2 Tx和Ty计算方法40-43
• 4.2 计算方法验证与比选43-47
• 4.3 西盘裂纹尖端非奇异应力47-50
• 4.4 本章小结50-51
• 5 巴西盘断裂特性分析51-60
• 5.1 引言51
• 5.2 二维脆性断裂判据51-56
• 5.2.1 最大周向应力理论51-53
• 5.2.2 应变能密度因子理论53-55
• 5.2.3 最大能量释放率理论55-56
• 5.3 修正的最大周向应力56-58
• 5.4 西盘裂纹起裂角分析58
• 5.5 本章小结58-60
• 结论60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67

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本文编号：580485