考虑尺寸效应影响的准脆性材料断裂特性

摘要

为研究尺寸效应对准脆性材料抗裂性能的影响,以石膏为研究对象,对直径分别为60、100、150、200 mm的半圆弯曲(semi-circular bend,SCB)试样和中心直裂纹半圆弯曲(notched semi-circular bend,NSCB)试样进行了三点弯曲加载,分析了尺寸效应影响下准脆性材料的断裂特性演化规律,包括荷载-位移曲线、抗拉强度(σ_(t))、断裂韧度(K_(ⅠC))、断裂能(G_(f))和断裂过程区长度(r_(c))。结果表明:2种试样的荷载-位移曲线形态基本一致,表现为典型的脆性破坏;预制裂纹的存在降低了试样承载能力,相同尺寸下SCB试样的峰值荷载约为NSCB试样的5.57~6.25倍;σ_(t)随试样直径的增大逐渐降低,而K_(ⅠC)呈现相反的规律,尺寸效应对σ_(t)的影响更显著;极限裂纹张开位移随试样尺寸的增大逐渐增大,G_(f)与试样直径具有良好的线性关系;大尺寸试样具有较大的r_(c)值,且r_(c)与韧带区长度的比值随试样尺寸的增大而增大。