任意裂纹面荷载作用下界面断裂分析-哈尔滨工业大学学报.pdfVIP

第４８卷　 第２期 哈　 尔　 滨　 工　 业　 大　 学　 学　 报 Ｖｏｌ４８ Ｎｏ２ 　 　 ２０ １６年２月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＡＲＢＩＮ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｆｅｂ． ２０１６ 　 　 　 　 　 　 ｄｏｉ：１０．１１９１８／ ｊ．ｉｓｓｎ．０３６７⁃６２３４．２０１６．０２．０２６ 任意裂纹面荷载作用下界面断裂分析 钟　 红，宋平平 （大连理工大学 建设工程学部，１１０６２４ 辽宁 大连） 摘　 要：为研究裂纹面上作用的荷载对裂纹稳定性的影响，本文基于比例边界有限元方法提出裂纹面作用有任意方向、任意 大小面荷载的界面应力强度因子求解模型．界面裂纹具有复数形式的应力奇异性指数，在任意裂纹面荷载作用下其奇异应力 场更为复杂．应用本模型，径向的位移和应力可解析求解，无需网格细分即可自动反映裂尖的应力奇异性．裂纹面上的任意荷 载首先可分解成平行于裂纹面以及垂直于裂纹面的分量，并进一步分解成有限项幂函数的和．对每个幂函数荷载解析求解，基 于线性叠加原理获得结构在全部荷载作用下的解．该模型对各向同性材料和各向异性材料均适用．文中通过板承受裂缝面荷 载时的应力强度因子求解的多个算例对该模型进行了验证和应用，对板的几何尺寸和双材料参数进行了敏感性分析，并应用 于重力坝坝踵界面裂缝在水压力作用下的应力强度因子求解． 关键词：比例边界有限元；界面断裂；任意裂纹面荷载；应力强度因子 － － － 中图分类号：ＴＵ３１１．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：０３６７ ６２３４（２０１６）０２ ０１５２ ０６ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｒａｃｋ ｗｉｔｈ ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｃｒａｃｋ ｔｒａｃｔｉｏｎｓ ＺＨＯＮＧ Ｈｏｎｇ，ＳＯＮＧ Ｐｉｎｇｐｉｎｇ （Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１１０６２４ Ｄａｌｉａｎ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｓｏｌｖｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｒａｃｋｗｉｔｈ ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｃｒａｃｋ ｔｒａｃｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｃａｌｅｄ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｃｔｉｏｎ ａｃｔｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｆａｃｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａ ｃｒａｃｋ． Ｔｈｅ ｏｒｄｅｒ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ ｓｉｎｇｕｌａｒｉｔｙ ｉｓ ｃｏｍｐｌｅｘ ｆｏｒ ａｎ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｒａｃｋ． Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ｃｒａｃｋ ｔｒａｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｓｉｎｇｕｌａｒｉｔｙ ｉｓｍｏｒｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ．Ｂａｓｅｏｎｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｏｄｅｌ，ｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｒｅｓｏｌｖｅｄ ａｎａｌｙｔｉｃａｌｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｄｉａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｓｉｎｇｕｌａｒｉｔｙ ａｔ ｃｒａｃｋ ｔｉｐ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｗｉｔｈｏｕｔ ｒｅｆｉｎｅｄ ｍｅｓｈ． Ｔｈｅ ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｃｒａｃｋｔｒａｃｔｉｏｎｉｓｆｉｒｓｔｌｙ ｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄｔｏｏｎｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｐａｒａｌｌｅｌｔｏｔｈｅｃ