微裂紋區(qū)對(duì)主裂紋擴(kuò)展的影響

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1、第!"卷第!期四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)!自然科學(xué)版">(-?!"@<(?!#"$%年&月'()*+,-(./012),+3+045*6078(./105+159:+;0+55*0+;!<,7)*,-/105+15:=070(+"')+?#"$%文章編號(hào)!!"#$%!&'(")*!##*$%**&!%*&+,-!!*.!!/"$01.2324.)*!#.*$.!!微裂紋區(qū)對(duì)主裂紋擴(kuò)展的影響茍凱!西南交通大學(xué)力學(xué)與工程學(xué)院"成都&$""!$$55摘5要!基于(+;推導(dǎo)的主裂紋與微裂紋的理論解&分析了微裂紋區(qū)對(duì)主裂紋的

2、影響(通過最大周向應(yīng)力判據(jù)&定性和定量地分析了微裂紋區(qū)對(duì)主裂紋擴(kuò)展方向的影響(通過計(jì)算主裂紋的等效應(yīng)力強(qiáng)度因子&定性地分析了微裂紋區(qū)對(duì)主裂紋擴(kuò)展速率的影響(結(jié)果表明)當(dāng)微裂紋區(qū)位于X%F[n,n%F[時(shí)&微裂紋區(qū)增加主裂紋的擴(kuò)展速率&而位于X$F"[n,nX%F[和%F[n,n$F"[時(shí)&減弱主裂紋的擴(kuò)展速率(當(dāng)微裂紋區(qū)位于X!"[n,n!"[時(shí)&對(duì)主裂紋的擴(kuò)展方向影響不大#當(dāng)位于!"[n,n$$F[和X$F"[n,nX$$F[時(shí)&主裂紋朝逆時(shí)針方向偏轉(zhuǎn)#當(dāng)位于X$$F[n,nX!"[和$$F[n,n$F"

3、[時(shí)&主裂紋朝順時(shí)針方向偏轉(zhuǎn)(這些結(jié)果能夠?yàn)轭A(yù)測(cè)脆性材料的疲勞和斷裂行為提供有用的信息(關(guān)鍵詞!主裂紋#微裂紋#最大周向應(yīng)力判據(jù)#擴(kuò)展速率#擴(kuò)展方向中圖分類號(hào)!3#$$?F@文獻(xiàn)標(biāo)志碼!E的相互影響&引言'FA%(W,12,+(4提出了一個(gè)簡(jiǎn)化的思想來研究裂紋間上世紀(jì)以來"人們發(fā)現(xiàn)了疲勞和斷裂是材料失效的的相互作用"將裂紋面上作用的面力用面力的平均值代'BAC(主要原因&因此疲勞斷裂問題成為研究工作者的一個(gè)替"從而簡(jiǎn)化了計(jì)算&閆向橋提出了研究裂紋相互重要的關(guān)注點(diǎn)"斷裂力學(xué)由此發(fā)展起來&斷裂力學(xué)主要作用的數(shù)值

4、方法&基于彈性力學(xué)復(fù)變函數(shù)方法"'$"A$#(研究含裂紋材料的力學(xué)行為&當(dāng)構(gòu)件產(chǎn)生裂紋以后"并(+;求解了主裂紋和微裂紋的理論解"進(jìn)一步分'$!A$D(不意味著它因此而失效"只要能夠?qū)λ牧W(xué)行為作出析了微裂紋對(duì)主裂紋的影響&還有一些研究者利準(zhǔn)確的判斷"那么這個(gè)構(gòu)件還是能夠使用的"可以大大用有限元模擬"研究了裂紋間的相互作用&節(jié)約成本"這也是斷裂力學(xué)研究的意義所在&這些研究工作揭示了裂紋之間的相互作用機(jī)制&材料在制造和使用過程中"很難避免會(huì)有損傷"產(chǎn)但是很多情況下"特別是對(duì)于脆性材料"微裂紋通常是生微缺陷

5、"如微裂紋%微雜質(zhì)等&這些微缺陷對(duì)材料的成群的產(chǎn)生的"這些研究工作并沒有考慮損傷區(qū)或者微疲勞和斷裂行為會(huì)產(chǎn)生很大的影響"因此缺陷對(duì)裂紋的裂紋區(qū)對(duì)主裂紋的影響&本文基于(+;的理論解"考'$AD(影響被很多研究者關(guān)注&另一方面"對(duì)于脆性材料"慮一個(gè)微裂紋區(qū)對(duì)主裂紋的影響&例如混凝土%金屬玻璃等"微裂紋增韌機(jī)制一直是一個(gè)$理論闡述重要的研究領(lǐng)域&微裂紋能夠使主裂紋尖端應(yīng)力集中作用增強(qiáng)"導(dǎo)致裂紋加速擴(kuò)展"也可以使主裂紋尖端應(yīng)!6!半無限長(zhǎng)主裂紋與微裂紋力集中效果減弱"導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展減速"甚至不再向前擴(kuò)圖$顯示的是

6、在一個(gè)無限大平面中"存在一個(gè)半無展&因此很多的科研工作者都研究了微裂紋與主裂紋限長(zhǎng)主裂紋與一個(gè)任意方位微裂紋&微裂紋長(zhǎng)度為#/"收稿日期!#"$%A"#A##基金項(xiàng)目!國(guó)家自然科學(xué)基金!$$!%##FC"作者簡(jiǎn)介!茍凱!$CC!A"&男&陜西咸陽人&碩士生&主要從事裂紋擴(kuò)展方面的研究&!:AH,0-"#D#DCD%&&BJ1(HF#四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)!自然科學(xué)版"@@@@@@@@@@@@#"$%年&月66主裂紋尖端到微裂紋中心的距離為N"微裂紋的方位為2!2!H.)%#H.1H.@H..)%#H..1H..!

7、D$,"微裂紋的角度為-&通過應(yīng)用彈性力學(xué)復(fù)變函數(shù)解2)$2)$其中"6表示微裂紋的數(shù)量&法"(+;對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行了求解"得到了主裂紋尖端的!6)最大周向應(yīng)力判據(jù)應(yīng)力強(qiáng)度因子&微裂紋引起的主裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因裂紋擴(kuò)展方向的研究是斷裂力學(xué)的一個(gè)重要領(lǐng)域"子的增量為)對(duì)于復(fù)合型裂紋擴(kuò)展"有多個(gè)判據(jù)被提出"例如最大周'$F('$&(向應(yīng)力判據(jù)%最小應(yīng)變能密度判據(jù)和最大能量釋'$%(放率判據(jù)等&其中應(yīng)用最廣泛的就是最大周向應(yīng)力判據(jù)"因?yàn)樗鼞?yīng)用簡(jiǎn)便"對(duì)脆性材料的擴(kuò)展方向能比較'$F(準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)&最大周向應(yīng)力判據(jù)是由

8、薛昌明提出"對(duì)圖!一個(gè)半無限長(zhǎng)的主裂紋與一個(gè)任意方位的微裂紋認(rèn)為裂紋將會(huì)朝周向拉應(yīng)力最大的方向擴(kuò)展"由此可以#得到裂紋擴(kuò)展方向)$/!!&H.)()!=$$H.1=$#H..$1&DN##)#7,+Z$$H.$H."H["?$/#[+()1B]..??!RH!1RH!$DH..D槡H..()$$.$#..DN?H###)#7,+Z$$.$H."H"??&H)$/!=H!1=H!$1[1()1B].?..&D(N