脆性材料斜裂纹扩展的数值试验与破坏模式分析

摘要

目的 分析含斜裂纹脆性材料的破坏过程,研究不同裂纹对脆性材料力学性质的影响,确定斜裂纹的破坏模式.方法 利用岩石破裂过程数值分析系统rpfa2D对含一条斜裂纹岩石和三条斜裂纹岩石的破坏过程进行数值试验,应用断裂力学的方法对破坏模式进行理论分析.结果 得到了单轴压缩条件下,含一条斜裂纹和三条斜裂纹岩石的整个破坏过程,确定了斜裂纹的破坏模式.结论 数值试验的结果表明,单轴压缩条件下三条斜裂纹的扩展,一开始发生在内部裂尖,内部裂尖扩展到临近的预置裂纹之后,外部的裂纹开始扩展;含单裂纹岩石的强度约为三裂纹强度的1.2倍,但三裂纹的残余强度比单裂纹高.数值试验和应力强度因子法得到同样的结论:单轴压缩条件下含一条、三条斜裂纹岩石的初始扩展为压剪破坏,当两裂纹尖端开始扩展之后,形成的翼型裂纹破坏模式为拉剪破坏.笔者提供了一种研究复合型裂纹扩展和断裂破坏模式的新方法.