高應(yīng)變率下斷裂韌性試驗(yàn)的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著混凝土、巖石類脆性材料在土木工程中大量的使用，對(duì)于一些重要的防護(hù)結(jié)構(gòu)，如大壩、核電站安全殼等，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮強(qiáng)沖擊載荷作用。而這些脆性材料往往含有大量的原生缺陷和裂紋，導(dǎo)致其在沖擊載荷作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)與靜載荷下的明顯不同。因此研究其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，特別是與裂紋擴(kuò)展相關(guān)的動(dòng)態(tài)斷裂韌性是十分重要的。然而由于理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的困難，高應(yīng)變率下脆性材料動(dòng)態(tài)斷裂行為的研究一直進(jìn)展緩慢。
　　本文采用有限元軟件ANSYS/LS-DYNA分別對(duì)

2、靜態(tài)和沖擊荷載作用下的含裂紋半圓彎曲(簡(jiǎn)稱SCB)試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬。研究結(jié)果如下:
　　(1)對(duì)于含純Ⅰ型裂紋SCB試驗(yàn)，根據(jù)靜態(tài)試驗(yàn)的模擬結(jié)果，提出了適合純Ⅰ型加載的應(yīng)力強(qiáng)度因子擬合公式，最大誤差不超過10％。動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的模擬結(jié)果表明:對(duì)于純Ⅰ型加載的SCB試驗(yàn)，動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子KⅠd隨著試樣半徑R，支座間距s以及相對(duì)裂紋長(zhǎng)度a/R的變化呈現(xiàn)規(guī)律性變化;當(dāng)相對(duì)支座間距s/R=1.2，a/R在0.1到0.4范圍內(nèi)時(shí)，以及當(dāng)相對(duì)裂紋

3、長(zhǎng)度a/R=0.4，s/R在1.2到1.6范圍內(nèi)時(shí)，慣性效應(yīng)的影響較小，采用靜態(tài)擬合公式計(jì)算KⅠd的誤差約10％，可采用靜態(tài)純Ⅰ型應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算公式直接計(jì)算KⅠd。
　　(2)對(duì)于含復(fù)合型裂紋SCB試驗(yàn)，根據(jù)靜態(tài)試驗(yàn)的模擬結(jié)果，分別擬合得到了適合復(fù)合型加載的Ⅰ型和Ⅱ型應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算公式。根據(jù)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的模擬結(jié)果分析可知，對(duì)于復(fù)合型加載的SCB試驗(yàn)，動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子KⅠd和KⅡd隨著裂紋相對(duì)長(zhǎng)度a/R以及裂紋傾角β的變化呈規(guī)律性變

4、化;當(dāng)相對(duì)裂紋長(zhǎng)度a/R在0.2到0.4、裂紋傾角β在10°到40°范圍內(nèi)時(shí)，采用靜態(tài)擬合公式計(jì)算KⅠd的誤差小于10％;當(dāng)相對(duì)裂紋長(zhǎng)度a/R在0.4到0.6、裂紋傾角β在10°到40°范圍內(nèi)時(shí)，慣性效應(yīng)的影響較小，可以直接采用靜態(tài)公式計(jì)算KⅡd。
　　(3)對(duì)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)含復(fù)合型斜裂紋SCB試驗(yàn)應(yīng)力強(qiáng)度因子KⅠ和KⅡ進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)加載下應(yīng)力強(qiáng)度因子變化規(guī)律大致相同，然而由于動(dòng)態(tài)加載試驗(yàn)中存在慣性效應(yīng)的影響，動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因