数值方法研究复合型加载条件下HCCD试样的应力强度因子

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zz121961437
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混凝土材料在现代土木工程领域的应用越来越广泛,但是,混凝土内部存在大量的原生裂纹,由于裂纹的扩展导致结构构件未达到承载力时就发生破坏,给人们的生命安全带来巨大的威胁,因此,对混凝土等脆性材料断裂韧性的研究具有非常重要的实际意义。本文采用有限元方法,对静态和动态加载条件下带裂纹中心圆孔圆盘(Hollow Centre Cracked Disc,HCCD)试样的复合型断裂进行数值模拟研究。使用相互作用积分法和位移外插法分别计算标准薄板算例的应力强度因子,并与应力强度因子手册比较,其误差不超过3%。采用相互作用积分法计算试样裂尖的I型和II型应力强度因子(K和K),根据大量算例结果并结合量纲分析,得到了复合型加载条件下HCCD试样裂尖K和K的拟合公式。该组公式全面包含了试样圆盘内径r、裂纹长度a、裂纹倾角θ三个参量,并具有较高的精度。对于K拟合公式,当θ在0°15°,r/R在0.050.5,a/(R-r)在0.10.6的范围内时,其计算误差小于8%;当θ在15°30°,r/R在0.050.5,a/(R-r)在0.10.4的范围内时,其计算误差小于9%;对于K拟合公式,当θ在0°30°,r/R在0.10.5,a/(R-r)在0.10.6的范围内时,其计算误差小于10%。在动态模拟中,借用SHPB装置进行加载,通过对比不同速度脉冲下试样两端接触力曲线的结果,选择宽度为600μs、升时为200μs的梯形速度脉冲作为动态加载条件。当θ在0°15°,r/R在0.10.5,a/(R-r)在0.10.6的范围内时,由位移外插法和静态应力强度因子公式分别计算得到的K值误差不大于6%,当θ在15°20°,r/R在0.10.5,a/(R-r)在0.10.4的范围内时,两种方法计算得到的K值误差不大于10%;当θ大于7°,r/R在0.10.5,a/(R-r)在0.10.6的范围内时,两种方法计算得到的K值误差不超过10%,说明在此范围内静态应力强度因子公式可以推广到动态实验中。
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