预制裂缝宽度对圆盘试样应力强度因子影响研究

"该研究由张盛和王龙飞发表在《河南理工大学学报(自然科学版)》2018年第2期，探讨了预制裂缝宽度如何影响不同尺寸圆盘试样的无量纲应力强度因子。通过使用ABAQUS有限元软件进行数值模拟，他们分析了直径40至200mm的圆盘试样，预制裂缝宽度在0到2.0mm范围内的情况。研究基于等效区域积分法，评估了裂缝长度与圆盘直径比为0.55时的无量纲应力强度因子。结果发现，当圆盘直径固定时，应力强度因子随预制裂缝宽度增加而增加，最大相对误差可达13.53%；随着圆盘直径增大，预制裂缝宽度的影响虽相对减弱，但误差仍超过3%。作者提出了一个修正公式以消除预制裂缝宽度的影响，为利用含预制裂缝的圆盘试样准确评估岩石断裂韧度提供了理论依据。" 在岩土力学领域，预制裂缝的宽度是决定材料性能和稳定性的重要因素之一。该研究聚焦于预制裂缝宽度对圆盘形试样无量纲应力强度因子的影响。无量纲应力强度因子是衡量裂纹尖端应力集中程度的关键参数，它与材料的断裂行为紧密相关。在实验中，使用了ABAQUS这一强大的有限元分析工具，对不同直径的圆盘试样进行了数值模拟，这些试样都带有直裂缝，并且预制裂缝的宽度在0到2.0mm之间变化。 等效区域积分法被用来计算在特定条件下的无量纲应力强度因子，即裂缝长度与圆盘直径比为0.55时的情况。研究表明，当圆盘直径保持恒定时，如果预制裂缝的宽度增加，试样的无量纲应力强度因子也会相应增加。这表明裂缝的存在会加剧材料的局部应力状态，可能导致早期失效。尽管随着圆盘直径的增加，裂缝宽度的影响有所减弱，但即使在大尺寸试样中，这种影响仍然显著，误差超过3%，显示出预制裂缝宽度的控制对于精确评估材料性能的重要性。 为了克服预制裂缝宽度引起的误差，研究者提出了一个修正公式，这个公式能够校正由于裂缝宽度变化导致的应力强度因子计算偏差。这个修正方法对于实际工程应用具有重要意义，特别是在岩石力学和地质工程中，因为准确预测岩石的断裂韧度是确保结构安全和设计合理性的关键。 这项研究深化了我们对预制裂缝宽度影响的理解，提供了更精确评估含预制裂缝圆盘试样应力强度因子的方法，从而有助于更准确地评估岩石和其他脆性材料的断裂特性。这对于地下工程、采矿工程以及地质灾害预防等领域具有深远的实践价值。