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爆炸与冲击 2016年第3期36卷 416-421页

作者：叶波巫绪涛胡凤辉廖礼合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA程序对静态和冲击荷载作用下的含裂纹半圆弯曲（scb）实验进行了数值模拟。根据静态实验的模拟结果,提出了适合复合型加载的Ⅰ型应力强度因子拟合公式,采用该公式计算应力强度因子的最大误差不超过10%。动... 详细信息

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA程序对静态和冲击荷载作用下的含裂纹半圆弯曲（scb）实验进行了数值模拟。根据静态实验的模拟结果,提出了适合复合型加载的Ⅰ型应力强度因子拟合公式,采用该公式计算应力强度因子的最大误差不超过10%。动态实验的模拟结果表明：对于纯Ⅰ型加载的scb实验,动态应力强度因子随着试样半径、支座间距以及相对裂纹长度的变化呈现规律性变化;当试样半径小于60mm、相对支座间距为1.2、相对裂纹长度在0.1-0.4范围内时,惯性效应的影响较小,采用静态拟合公式计算裂尖的动态应力强度因子的误差约10%;对于复合型加载的scb实验,当相对裂纹长度为0.2-0.4、裂纹倾角在10°-40°范围内时,采用静态拟合公式计算裂尖的动态应力强度因子的误差小于10%。

关键词：固体力学断裂韧性冲击荷载应力强度因子含裂纹scb实验复合型加载

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高应变率下断裂韧性试验的数值模拟

高应变率下断裂韧性试验的数值模拟

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作者：叶波合肥工业大学

学位级别：硕士

随着混凝土、岩石类脆性材料在土木工程中大量的使用,对于一些重要的防护结构,如大坝、核电站安全壳等,设计时必须考虑强冲击载荷作用。而这些脆性材料往往含有大量的原生缺陷和裂纹,导致其在冲击载荷作用下的动态响应与静载荷下的明显... 详细信息

随着混凝土、岩石类脆性材料在土木工程中大量的使用,对于一些重要的防护结构,如大坝、核电站安全壳等,设计时必须考虑强冲击载荷作用。而这些脆性材料往往含有大量的原生缺陷和裂纹,导致其在冲击载荷作用下的动态响应与静载荷下的明显不同。因此研究其动态力学性能,特别是与裂纹扩展相关的动态断裂韧性是十分重要的。然而由于理论和实验技术的困难,高应变率下脆性材料动态断裂行为的研究一直进展缓慢。本文采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA分别对静态和冲击荷载作用下的含裂纹半圆弯曲（简称scb）试验进行了数值模拟。研究结果如下：（1）对于含纯Ⅰ型裂纹scb试验,根据静态试验的模拟结果,提出了适合纯Ⅰ型加载的应力强度因子拟合公式,最大误差不超过10%。动态试验的模拟结果表明：对于纯Ⅰ型加载的scb试验,动态应力强度因子KId随着试样半径R,支座间距s以及相对裂纹长度a/R的变化呈现规律性变化;当相对支座间距s/R=1.2,a/R在0.1到0.4范围内时,以及当相对裂纹长度a/R=0.4,s/R在1.2到1.6范围内时,惯性效应的影响较小,采用静态拟合公式计算KⅠd的误差约10%,可采用静态纯Ⅰ型应力强度因子计算公式直接计算KId。（2）对于含复合型裂纹scb试验,根据静态试验的模拟结果,分别拟合得到了适合复合型加载的Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子计算公式。根据动态试验的模拟结果分析可知,对于复合型加载的scb试验,动态应力强度因子K1d和KⅡd随着裂纹相对长度a/R以及裂纹倾角β的变化呈规律性变化;当相对裂纹长度a/R在0.2到0.4、裂纹倾角β在10°到40°范围内时,采用静态拟合公式计算KId的误差小于10%;当相对裂纹长度a/R在0.4到0.6、裂纹倾角β在10°到40°范围内时,惯性效应的影响较小,可以直接采用静态公式计算KⅡd。（3）对静态和动态含复合型斜裂纹scb试验应力强度因子KⅠ和Kn进行比较,发现动态和静态加载下应力强度因子变化规律大致相同,然而由于动态加载试验中存在惯性效应的影响,动态应力强度因子变化的幅度及趋势与静态加载条件下明显不同。

关键词：应力强度因子应力均匀化惯性效应含裂纹scb实验复合型加载

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