T应力对扩展裂纹尖端塑性区域形状的影响
发布时间：2021-07-06 19:47
根据Williams级数解,裂纹尖端应力场由Ⅰ-Ⅱ复合型应力强度因子及T应力共同控制。将裂纹尖端应力分量代入Von Mises屈服准则,建立裂纹尖端塑性扩展区模型。基于该模型获得了在不同Ⅰ-Ⅱ复合比断裂情况下裂纹尖端塑性扩展区形状随T应力的变化规律,并对Ⅰ型和Ⅱ型断裂在复合型裂纹断裂所占的比例、T应力大小及泊松比对塑性区域形状的影响进行了讨论。研究结果表明:正的T应力引起裂纹断裂角θ0减小,加剧裂纹扩展;负的T应力导致裂纹断裂角θ0增大,并抑制裂纹扩展;T应力为0或纯Ⅰ型裂纹尖端塑性区存在对称轴,存在T应力后,塑性区域呈不对称分布,T应力绝对值越大,塑性区域面积越大,T应力对裂纹尖端塑性区形状及尺寸大小均有很大影响。此外,不同Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹,塑性区域面积均随泊松比的增大而减小。塑性区变化的观测结果对进一步分析加载条件下Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹工程结构缺陷的疲劳和断裂具有重要意义。
【文章来源】：西安石油大学学报(自然科学版). 2020,35(05)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
裂纹尖端应力张量
当Me=1时,表示裂纹发生纯Ⅰ型断裂;当Me=0时,裂纹发生纯Ⅱ型断裂;当0<Me<1时,裂纹发生Ⅰ-Ⅱ复合型断裂。T/σt表示无量纲的T应力,T/σt的赋值即表示T应力的大小。根据式(5)、式(7)可得不同Ⅰ-Ⅱ复合比裂纹断裂角在不同T应力情况下的变化规律,如图2所示;根据式(5)—式(7)可得断裂强度在应力强度因子KⅠ/ KIC–KⅡ/KIC内的分布规律,如图3所示。图3 不同Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹应力强度因子
图2 不同Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂角随T应力变化规律可见T应力对裂纹断裂角及断裂强度均有很大影响。T/σt=0表示不考虑T应力的传统MTS准则得到的裂纹断裂角及断裂强度预测结果。由图2可知,当T应力为负值时,与传统准则预测结果相比断裂角θ0偏小;当T应力为正值时,与传统准则预测结果相比断裂角θ0偏大。对于纯Ⅰ型断裂,当T/σt ≤0.375时,裂纹断裂角为0°,即T应力对裂纹断裂角没有影响;当T/σt>0.375时,裂纹断裂角不再为0°,即裂纹扩展方向发生偏转。当Me=0,即发生纯Ⅱ型断裂时,传统MTS准则预测裂纹断裂角θ0为70°,正的T应力使其增大,负的T应力使其减小。
【参考文献】：
期刊论文
[1]页岩断裂韧性实验分析及预测模型建立[J]. 高祥森,张明明,朱琳,范翔宇,张千贵,赵鹏斐. 中国海上油气. 2019(05)
[2]两条等长共线裂纹尖端塑性区扩展理论研究[J]. 高玮,肖婷,王旭,王晨. 河海大学学报(自然科学版). 2019(03)
[3]基于最大周向应变断裂准则定向射孔水力裂缝扩展研究[J]. 董卓,唐世斌. 岩土力学. 2019(11)
[4]三维准静载弹塑性弯曲裂纹张开位移[J]. 杨大鹏,王书勤,周超,晋玉霞,杨新华. 机械强度. 2019(02)
[5]改进的Irwin模型及裂尖塑性区对断裂行为的影响[J]. 文阳阳,国凤林. 力学季刊. 2018(03)
[6]三维疲劳弹塑性弯曲裂纹塑性区研究[J]. 杨大鹏,潘海洋,张平萍,杨新华. 力学季刊. 2017(04)
[7]岩石脆性对水力压裂裂缝影响的数值模拟实验[J]. 延新杰,李连崇,张潦源,李明,黄波,左家强. 油气地质与采收率. 2017(03)
[8]页岩储层各向异性对水平井坍塌压力的影响[J]. 张明明,梁利喜,刘向君. 应用数学和力学. 2017(03)
[9]基于ABAQUS平台的水力裂缝扩展有限元模拟研究[J]. 龚迪光,曲占庆,李建雄,曲冠政,曹彦超,郭天魁. 岩土力学. 2016(05)
[10]水力压裂起裂与扩展分析[J]. 冯彦军,康红普. 岩石力学与工程学报. 2013(S2)
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
硕士论文
[1]T应力对岩石断裂韧性及裂纹起裂的影响[D]. 张明明.西南石油大学 2017
[2]基于裂纹塑性区影响的疲劳裂纹扩展研究[D]. 尤萌.大连理工大学 2017
本文编号：3268862
【文章来源】：西安石油大学学报(自然科学版). 2020,35(05)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
裂纹尖端应力张量
当Me=1时,表示裂纹发生纯Ⅰ型断裂;当Me=0时,裂纹发生纯Ⅱ型断裂;当0<Me<1时,裂纹发生Ⅰ-Ⅱ复合型断裂。T/σt表示无量纲的T应力,T/σt的赋值即表示T应力的大小。根据式(5)、式(7)可得不同Ⅰ-Ⅱ复合比裂纹断裂角在不同T应力情况下的变化规律,如图2所示;根据式(5)—式(7)可得断裂强度在应力强度因子KⅠ/ KIC–KⅡ/KIC内的分布规律,如图3所示。图3 不同Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹应力强度因子
图2 不同Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂角随T应力变化规律可见T应力对裂纹断裂角及断裂强度均有很大影响。T/σt=0表示不考虑T应力的传统MTS准则得到的裂纹断裂角及断裂强度预测结果。由图2可知,当T应力为负值时,与传统准则预测结果相比断裂角θ0偏小;当T应力为正值时,与传统准则预测结果相比断裂角θ0偏大。对于纯Ⅰ型断裂,当T/σt ≤0.375时,裂纹断裂角为0°,即T应力对裂纹断裂角没有影响;当T/σt>0.375时,裂纹断裂角不再为0°,即裂纹扩展方向发生偏转。当Me=0,即发生纯Ⅱ型断裂时,传统MTS准则预测裂纹断裂角θ0为70°,正的T应力使其增大,负的T应力使其减小。
【参考文献】：
期刊论文
[1]页岩断裂韧性实验分析及预测模型建立[J]. 高祥森,张明明,朱琳,范翔宇,张千贵,赵鹏斐. 中国海上油气. 2019(05)
[2]两条等长共线裂纹尖端塑性区扩展理论研究[J]. 高玮,肖婷,王旭,王晨. 河海大学学报(自然科学版). 2019(03)
[3]基于最大周向应变断裂准则定向射孔水力裂缝扩展研究[J]. 董卓,唐世斌. 岩土力学. 2019(11)
[4]三维准静载弹塑性弯曲裂纹张开位移[J]. 杨大鹏,王书勤,周超,晋玉霞,杨新华. 机械强度. 2019(02)
[5]改进的Irwin模型及裂尖塑性区对断裂行为的影响[J]. 文阳阳,国凤林. 力学季刊. 2018(03)
[6]三维疲劳弹塑性弯曲裂纹塑性区研究[J]. 杨大鹏,潘海洋,张平萍,杨新华. 力学季刊. 2017(04)
[7]岩石脆性对水力压裂裂缝影响的数值模拟实验[J]. 延新杰,李连崇,张潦源,李明,黄波,左家强. 油气地质与采收率. 2017(03)
[8]页岩储层各向异性对水平井坍塌压力的影响[J]. 张明明,梁利喜,刘向君. 应用数学和力学. 2017(03)
[9]基于ABAQUS平台的水力裂缝扩展有限元模拟研究[J]. 龚迪光,曲占庆,李建雄,曲冠政,曹彦超,郭天魁. 岩土力学. 2016(05)
[10]水力压裂起裂与扩展分析[J]. 冯彦军,康红普. 岩石力学与工程学报. 2013(S2)
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
硕士论文
[1]T应力对岩石断裂韧性及裂纹起裂的影响[D]. 张明明.西南石油大学 2017
[2]基于裂纹塑性区影响的疲劳裂纹扩展研究[D]. 尤萌.大连理工大学 2017
本文编号：3268862
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