基于3D-ILC含偏心内裂纹半圆弯拉断裂特性研究

摘要：

断裂力学是各行业的基础学科之一.半圆弯拉(SCB)试验为该领域经典试验,目前含裂纹的SCB研究多为底部切口等表面裂纹或穿透型裂纹研究.内裂纹和内部类裂纹缺陷是材料的固有属性,但是对于SCB内裂纹扩展规律研究较少.基于3D-ILC(三维激光疲劳内裂纹)技术,分析了表面无任何影响的情况下凭空生成任意参数的纯内裂纹,在SCB试样中生成内裂纹,对含内裂纹试样进行SCB试验,分析了裂纹生长过程、应力双折射规律、Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型裂纹扩展面、破坏形态、宏微观断口特征,开展数值模拟,得到裂纹尖端应力强度因子分布规律及扩展路径,与物理试验一致.结果 表明:(1)基于3D-ILC的SCB内裂纹及Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型扩展断裂规律明显,3D-ILC为断裂力学中的内裂纹问题研究提供了有力工具;(2)应力云纹在内裂纹处显示应力集中,SCB整体云纹在内裂纹处发生明显变异;(3) SCB试样从预制裂纹处发生压剪型起裂,发生Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型裂纹扩展,分为光滑区和撕裂区,持续生长转变为动态断裂进而破坏,动态断口存在裂纹分叉出现雾化区、羽毛区特征;(4)根据M积分和最大周向应力准则,对试样进行了数值模拟,得到了试样内裂纹尖端应力强度因子分布规律及扩展路径,与试验结果一致.结论 与成果对断裂力学领域的SCB试验、内裂纹、Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型断裂问题、裂纹扩展路径模拟问题的研究,具有重要意义.

关键词：3D-ILC、三维内裂纹、Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合裂纹、断裂力学、半圆弯拉试验、脆性材料

所属期刊栏目：41

分类号：TU452(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家重点研发计划;国家自然科学基金项目;江苏省自然科学基金;中央级公益性科研院所基本科研业务费重点项目

在线出版日期：2020-04-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共13页

页码：111-122,131