含圆孔缺陷三点弯曲梁的裂纹扩展特性实验研究

发布时间：2022-01-19 22:34

　　采用动态焦散线实验系统,对含圆孔缺陷的PMMA材料进行冲击断裂力学实验,研究三点弯曲梁中不同直径和位置的圆孔缺陷对扩展裂纹的影响。实验结果表明:扩展裂纹与圆孔缺陷相互作用前,呈现Ⅰ型拉伸断裂,扩展路径平直;与圆孔缺陷相互作用后,贯通萌生的次裂纹沿直线继续扩展,未贯通的裂纹偏移扩展。扩展裂纹与路径上圆孔缺陷贯通过程中,裂纹扩展速度和动态应力强度因子快速降为零,裂纹的扩展受到抑制,且圆孔直径越大、距离越近,抑制作用越显著;贯通萌生次生裂纹的起裂速度和起裂韧度,随着圆孔缺陷直径的增大而变大。扩展裂纹与偏置圆孔缺陷相互作用过程中,当圆孔缺陷直径越大、偏置距离越小,裂纹起偏距离越短,最大偏移量越大,并且扩展裂纹动态应力强度因子和扩展速度局部小幅增大。研究结果为分析动态裂纹扩展特征和材料破坏模式提供借鉴。 

【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

平行光折射偏转示意图

实验系统的光路及设备如图2所示,系统包括数字高速摄影机、一组平凸镜、扩束镜、光源和计算机。实验中,设置Fastcam-SA5型数字高速摄影机的拍摄频率为100 000帧/s,曝光时间设置为0.000 001 s,选用定焦镜头并设置大光圈,保证数字图片质量。激光光源的功率为65 mW,确保所采集的数字图像亮度适中。2.2 测试方案

文献[17]研究表明有机玻璃材料与岩石材料呈现出相似的脆性断裂特性,另外,有机玻璃具有高透光性、力学各向同性特点,是良好的透射式光学实验材料。所选用的有机玻璃(PMMA)实验材料动态力学参数如下:动态弹性模量Ed=3.3 GPa,泊松比vd=0.38,纵波波速Cp=2 250 m/s,横波波速Cs=1 200 m/s[18]。三点弯曲梁的几何尺寸L×w0×deff为220 mm×50 mm×5 mm,竖预制裂缝长为5 mm,宽为0.3 mm,位于试件下边缘正中部。试验中,落锤撞击在试件上边缘正中部,重量为410 g,下落高度为300 mm,撞击试件时速度计算为2.5 m/s,高于试件破坏撞击速度,满足要求。试件几何中部预制直径分别为3,5,7 mm的圆孔缺陷,依次编号为1#,2#,3#;向左距试件几何中心偏置m=5 mm,预制直径分别为3,5,7 mm的圆孔缺陷,试件依次编号为4#,5#,6#;同样向左距试件几何中心偏置m=10 mm,设置直径分别为3,5,7 mm的圆孔缺陷,试件依次编号为7#,8#,9#。每个试件测试3次,取代表性结果分析。试件示意图见图3。3 实验结果及分析

【参考文献】：
期刊论文
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[3]脆性材料裂纹与损伤相互作用的试验研究[J]. 高桂云,周洁,励争.  岩石力学与工程学报. 2017(11)
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[7]动静载荷下巷道围岩裂纹扩展规律的试验研究[J]. 郭东明,闫鹏洋,薛磊,罗浪,杨俊.  矿业科学学报. 2016(02)
[8]圆孔缺陷与I型运动裂纹相互作用的试验研究[J]. 杨仁树,许鹏,岳中文,陈程.  岩土力学. 2016(06)
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博士论文
[1]爆炸致裂的岩石动态力学行为与断裂控制试验研究[D]. 李清.中国矿业大学（北京） 2009



本文编号：3597685