工程斷裂中的T應力及其對裂紋擴展路徑的影響.pdf

1、巖石、混凝土等工程材料中常含有裂紋這類缺陷，如何避免裂紋失穩(wěn)擴展，導致整體結構的斷裂，這是一個尤為重要的問題。裂紋的擴展主要是裂尖附近的應力集中所致。除了奇異項應力外，裂尖附近的常數(shù)項應力(即T應力)對材料中的裂紋擴展路徑也起著決定性的作用。為了闡明工程材料中斷裂參數(shù)與T應力之間的依賴關系，詮釋裂紋擴展路徑機理，在下列方面進行了比較深入而系統(tǒng)的理論分析和數(shù)值計算。
　　 1.在光彈實驗中利用應力--光學定律，推導出應力強度因子K

2、和T應力與擴展裂紋尖端附近等差線條紋級數(shù)之間的非線性關系式，再借助求解非線性方程組的最小二乘法確定應力強度因子K和T應力。對T應力在擴展裂紋尖端應力場中的影響進行研究，發(fā)現(xiàn)T應力的大小和正負影響裂紋擴展尖端的光彈條紋的形狀大小及傾斜度。因此在模擬裂紋擴展路徑有必要考慮T應力的影響，并且對裂紋頂端的塑性區(qū)的小范圍屈服修正時也有必要考慮T應力。
　　 2.微裂紋尖端應力場中的T應力對裂紋擴展角和斷裂韌度均有較大影響，這樣造成傳統(tǒng)最大

3、周向應力斷裂判據(jù)預測裂紋擴展角和斷裂韌度結果偏差較大。本文提出了結合了T應力的修正最大周向應力斷裂判據(jù)。在雙軸壓縮下的試件斷裂中，將修正最大周向應力判據(jù)應用于模擬試件的壓縮斷裂。模擬擴展路徑時，用指數(shù)函數(shù)來描述巖石類脆性材料中的裂紋粗糙界面退化，在擴展有限元模擬結果中發(fā)現(xiàn)結合了T應力判據(jù)的模擬結果和實驗結果相一致。
　　 3.在非定常熱彈性單邊裂紋無限長板斷裂中，本文利用疊加原理，通過傅立葉轉(zhuǎn)換，求解出奇異積分方程。從理論上分析

4、了在非定常狀態(tài)下的溫度場中，裂紋尖端應力場中的應力強度因子和T應力分別與Biot數(shù)、裂紋長度及時間的關系。理論計算結果和有限元計算結果比較吻合。同時在熱荷載作用下的PMMA材料的斷裂實驗中，結合T應力的有限元模擬值比較符合實驗結果。
　　 4.在混凝土三相材料中，引入彈簧層接觸界面模型，理論計算得到了骨料和粘接層對應力強度因子和T應力影響，發(fā)現(xiàn)其對應力強度因子和T應力有很大的影響。由于T應力對裂尖塑性區(qū)有影響，通過建立雙參數(shù)K-