含三维内裂纹试件单轴拉伸裂纹扩展数值模拟研究

来源：水资源与水工程学报杂志2019年第1期北京时间：

作者：彭博

单位：（西南交通大学土木工程学院

摘要：以往研究针对三维内裂纹在单轴拉伸下的裂纹扩展与三维内裂纹尖端的应力强度因子变化较少，为定量化研究三维内裂纹单轴拉伸下的裂纹扩展与应力强度因子的变化，对不同预制内裂纹角度在拉伸荷载作用下的裂纹扩展规律进行了数值模拟研究，将裂纹扩展过程及最终破坏形态与已有研究进行了对比。计算结果表明：当预制裂纹角度为0°时，预制裂纹呈现自相似扩展，当预制裂纹为其他角度时，预制裂纹尖端出现翼裂纹扩展，预制裂纹角度为15°、30°、45°、60°时，翼裂纹与原预制裂纹分别呈18°、49°、64°与80°；随着预制裂纹与水平方向的角度增大，Ⅰ型应力强度因子逐渐减小，对于同一预制裂纹角度来说，预制裂纹短轴顶点上的Ⅰ型应力强度因子较其他方向要大；随着预制裂纹角度的增大，Ⅱ型应力强度因子整体上先增大后减小；对于同一种预制裂纹角度来说，预制裂纹的左端与右端（对应于距离为0，0.5，1处）Ⅱ型应力强度因子达到最大，而预制裂纹短轴处顶点（对应于距离为0.25和0.75处）Ⅱ型应力强度因子达到最小为0；数值模拟结果与室内试验结果体现出较好的一致性。研究成果为正确认识轴拉情况下的三维裂纹扩展规律提供了一定的参考。

关键词：三维内裂纹,Franc3D,裂纹扩展,标准立方体试件,应力强度因子,单轴拉伸

基金资助：国家自然科学基金项目(61503201)