半圆弯拉下岩石内裂纹扩展规律数值模拟研究
发布时间：2021-04-05 02:00
岩石内部固有缺陷的存在和扩展是导致其断裂的重要因素,半圆弯拉试验是该领域的重要实验。为研究半圆弯拉下含三维内裂纹试件扩展路径及断裂特性,基于Franc3D有限元自适应网格划分技术开展含三维内裂纹SCB试样数值模拟,结果表明:（1）基于Franc3D软件的三维裂纹扩展与室内试验具有较好的一致性,该软件是三维裂纹数值模拟的重要工具。（2）通过M积分得到裂纹尖端应力强度因子,分析得出对称加载模型为KⅠ与底部加载跨距呈正相关的Ⅰ型断裂模式;非对称加载模型中出现复合断裂模式,随着右侧加载跨距的增加,KⅠ先降低再升高,KⅡ及KⅢ先变化至0,再逐渐升高。（3）基于最大拉应力准则得到裂纹扩展路径,对称加载模型在I型断裂模式下进行平面扩展后破坏,非对称加载模型出现复合断裂模式,伴随翼型起裂并扩展至破坏。（4）定量分析对称加载模型裂纹内部扩展规律得出,裂纹下端扩展速率最大,上端扩展速率最小。
【文章来源】：水利水电技术. 2020,51(04)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
Franc3D工作流程
本文建立两组含三维内裂纹模型如图2所示。试件为半圆状,半径R为50 mm,厚度t为50 mm。内裂纹形状为圆形,特征尺寸a为10 mm。内裂纹深度h为15.0 mm。其中2S为底部加载跨距,S1为左侧加载跨距,S2为右侧加载跨距。1.2.2 研究方案
表1 研究方案 模型类型 模型编号 R/mm a/mm t/mm a R S R 2S/mm S 2 R S1/mm S2/mm 对称加载(A组) A-1 50 10 50 0.2 0.5 50 — — — A-2 50 10 50 0.2 0.6 60 — — — A-3 50 10 50 0.2 0.7 70 — — — A-4 50 10 50 0.2 0.8 80 — — — 非对称加载(B组) B-1 50 10 50 0.2 — — 0.1 25 5 B-2 50 10 50 0.2 — — 0.2 25 10 B-3 50 10 50 0.2 — — 0.3 25 15 B-4 50 10 50 0.2 — — 0.4 25 20 B-5 50 10 50 0.2 — — 0.5 25 25 B-6 50 10 50 0.2 — — 0.6 25 30 B-7 50 10 50 0.2 — — 0.7 25 35 B-8 50 10 50 0.2 — — 0.8 25 40则
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Franc3D软件的三维裂纹扩展分析与应用[J]. 艾书民,于明,成晓鸣,王建方. 机械强度. 2018(01)
[2]内水压下含中空裂隙新型材料的压裂试验及数值模拟研究[J]. 付金伟,朱维申,张新中,石路杨,谢富东. 工程科学与技术. 2017(04)
[3]基于半圆弯拉试验的煤样抗拉及断裂性能研究[J]. 赵毅鑫,龚爽,姜耀东,韩超. 岩石力学与工程学报. 2016(06)
[4]Numerical study of the semi-circular bend dynamic fracture toughness test using discrete element models[J]. ZHAO GaoFeng,KAZERANI Tohid,MAN Ke,GAO Mz,ZHAO Jian. Science China（Technological Sciences）. 2015(09)
[5]裂纹稳定扩展的FRANC3D研究[J]. 赵艳,秦莹莹,李益小. 西部交通科技. 2011(09)
[6]三维断裂分析软件FRANC3D教程浅析[J]. 张涛,杨玉玲. 山西建筑. 2010(25)
[7]三维内置裂隙倾角对类岩石材料拉伸力学性能和断裂特征的影响[J]. 李术才,杨磊,李明田,张宁. 岩石力学与工程学报. 2009(02)
[8]三维断裂分析软件FRANC3D[J]. 贾学明,王启智. 计算力学学报. 2004(06)
博士论文
[1]预制裂纹类岩石材料裂纹扩展规律及3D打印技术应用[D]. 刘华博.中国矿业大学(北京) 2018
本文编号：3118915
【文章来源】：水利水电技术. 2020,51(04)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
Franc3D工作流程
本文建立两组含三维内裂纹模型如图2所示。试件为半圆状,半径R为50 mm,厚度t为50 mm。内裂纹形状为圆形,特征尺寸a为10 mm。内裂纹深度h为15.0 mm。其中2S为底部加载跨距,S1为左侧加载跨距,S2为右侧加载跨距。1.2.2 研究方案
表1 研究方案 模型类型 模型编号 R/mm a/mm t/mm a R S R 2S/mm S 2 R S1/mm S2/mm 对称加载(A组) A-1 50 10 50 0.2 0.5 50 — — — A-2 50 10 50 0.2 0.6 60 — — — A-3 50 10 50 0.2 0.7 70 — — — A-4 50 10 50 0.2 0.8 80 — — — 非对称加载(B组) B-1 50 10 50 0.2 — — 0.1 25 5 B-2 50 10 50 0.2 — — 0.2 25 10 B-3 50 10 50 0.2 — — 0.3 25 15 B-4 50 10 50 0.2 — — 0.4 25 20 B-5 50 10 50 0.2 — — 0.5 25 25 B-6 50 10 50 0.2 — — 0.6 25 30 B-7 50 10 50 0.2 — — 0.7 25 35 B-8 50 10 50 0.2 — — 0.8 25 40则
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Franc3D软件的三维裂纹扩展分析与应用[J]. 艾书民,于明,成晓鸣,王建方. 机械强度. 2018(01)
[2]内水压下含中空裂隙新型材料的压裂试验及数值模拟研究[J]. 付金伟,朱维申,张新中,石路杨,谢富东. 工程科学与技术. 2017(04)
[3]基于半圆弯拉试验的煤样抗拉及断裂性能研究[J]. 赵毅鑫,龚爽,姜耀东,韩超. 岩石力学与工程学报. 2016(06)
[4]Numerical study of the semi-circular bend dynamic fracture toughness test using discrete element models[J]. ZHAO GaoFeng,KAZERANI Tohid,MAN Ke,GAO Mz,ZHAO Jian. Science China（Technological Sciences）. 2015(09)
[5]裂纹稳定扩展的FRANC3D研究[J]. 赵艳,秦莹莹,李益小. 西部交通科技. 2011(09)
[6]三维断裂分析软件FRANC3D教程浅析[J]. 张涛,杨玉玲. 山西建筑. 2010(25)
[7]三维内置裂隙倾角对类岩石材料拉伸力学性能和断裂特征的影响[J]. 李术才,杨磊,李明田,张宁. 岩石力学与工程学报. 2009(02)
[8]三维断裂分析软件FRANC3D[J]. 贾学明,王启智. 计算力学学报. 2004(06)
博士论文
[1]预制裂纹类岩石材料裂纹扩展规律及3D打印技术应用[D]. 刘华博.中国矿业大学(北京) 2018
本文编号：3118915
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3118915.html
