基于3D-ILC含不同角度内裂纹圆盘断裂特性研究

作     者：王海军 张九丹 任然 汤雷 郁舒阳 钟凌伟 张珂 WANG Hai-jun;ZHANG Jiu-dan;REN Ran;TANG Lei;YU Shu-yang;ZHONG Ling-wei;ZHANG Ke

作者机构：南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点试验室江苏南京210029 河海大学水利水电学院江苏南京210098 香港城市大学香港999077 

出 版 物：《岩土工程学报》 (Chinese Journal of Geotechnical Engineering)

年 卷 期：2019年第41卷第9期

页      面：1636-1644页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2016YFC0401801) 国家自然科学基金项目(51409170,51739008) 江苏省自然科学基金项目(BK20171130) 中央级公益性科研院所基本科研业务费重点项目(Y419005) 

主　　题：3D-ILC 断裂力学 巴西圆盘 脆性固体 三维内裂纹 应力双折射 

摘      要：巴西圆盘试验是力学领域的一个经典试验,含裂纹的圆盘试验多集中于二维或表面裂纹,但含内裂纹的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型断裂研究一直较为落后.基于3D-ILC技术,在对巴西圆盘试样表面无任何影响的情况下,凭空生成任意参数的内裂纹,开展含不同角度内裂纹的及完整巴西圆盘试样试验,对裂纹扩展过程、应力双折射规律、裂纹起裂及破坏荷载进行分析,并与已有文献进行对比,开展三维内裂纹Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型断裂数值模拟,分析KⅠ,KⅡ,KⅢ分布规律及实现裂纹扩展全过程模拟,规律与试验相符.结果 表明:①3D-ILC在断裂力学试验中的优势得到证明,为断裂力学中的内裂纹及Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型断裂问题的研究奠定了基础.②与完整试样匀称连续的应力云纹分布相比,含内裂纹试样应力云纹集中于内裂纹尖端,呈花瓣状,色差对比显著.③30°内裂纹被括弧状破坏面切断;60°内裂纹上下尖端出现Ⅰ-Ⅱ型翼裂纹扩展,侧面出现Ⅲ型裂纹叠加;90°内裂纹试样,沿内裂纹面扩展破坏,为纯Ⅰ型破坏.④与完整试样破坏荷载相比,含30°,60°,90°内裂纹试样破坏荷载分别下降10.7%,60.6%,89.2%;30°,60°,90°内裂纹起裂与破坏荷载比分别为100%,11.7%,15.6%.⑤数值模拟与物理试验特征一致.结论 与成果对断裂力学领域的三维内裂纹、Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型断裂问题的研究提供了试验与理论基础.