新型材料力學(xué)行為

1、帶裂紋脆性材料力學(xué)行為研究現(xiàn)狀西安理工大學(xué)的賈競等在2015年5月研究了表面熱沖擊下脆性材料半空間不 同方位裂紋的臨界長度，他們認(rèn)為：結(jié)構(gòu)承受熱沖擊時(shí)，溫度非均勻性會(huì)導(dǎo)致結(jié) 構(gòu)產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而引起裂紋的萌生和擴(kuò)展。該文研究脈沖激光作用下的含單裂 紋脆性材料半空間溫度場和應(yīng)力場?；贔ourier（傅里葉）熱傳導(dǎo)和熱-力耦合 原理，建立瞬態(tài)熱傳導(dǎo)方程和平衡方程；采用ANSYS軟件實(shí)現(xiàn)溫度場和應(yīng)力場三 維問題的有限元數(shù)值模擬；分析不同裂紋在不同位置對熱應(yīng)力場的影響，從而得 到裂尖應(yīng)力強(qiáng)度因子；依據(jù)材料臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子，通過有限元計(jì)算得出不同方 位熱沖擊下裂紋擴(kuò)展的臨界長度。計(jì)算結(jié)果表明，脆性材料在

2、受到Gauss（高斯） 分布激光的輻照時(shí)，裂紋長比激光半徑為0. 12時(shí)，裂紋較為危險(xiǎn)，且在r/r0 =0. 2處且與徑向夾角為60的裂紋更為危險(xiǎn)，而且材料的斷裂應(yīng)屬于剪切型 斷裂。這些結(jié)果可以為承受熱沖擊結(jié)構(gòu)中的危險(xiǎn)裂紋標(biāo)定提供理論依據(jù)。大連大學(xué)的袁琳等于2011年10月對沖擊載荷作用下準(zhǔn)脆性材料II型裂紋擴(kuò) 展進(jìn)行了研究，他們認(rèn)為：沖擊載荷作用下準(zhǔn)脆性材料的動(dòng)態(tài)斷裂一直是關(guān)注的 熱點(diǎn)問題，11型裂紋試樣受沖擊剪切時(shí)其裂紋擴(kuò)展方向同材料力學(xué)性質(zhì)和沖擊速 度等密切相關(guān)。應(yīng)用巖石動(dòng)態(tài)破裂過程動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)軟件，對單邊平行雙裂縫試 樣開展了沖擊載荷作用下的裂紋動(dòng)態(tài)擴(kuò)展數(shù)值模擬，分別研究了不同材料力學(xué)

3、性 質(zhì)、材料均質(zhì)度、入射應(yīng)力脈沖幅值和歷時(shí)對II型裂紋動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的影響。數(shù)值 模擬結(jié)果表明，純II型裂紋在動(dòng)荷載作用下的擴(kuò)展，不僅受到剪切損傷，而且 還存在拉伸損傷；準(zhǔn)脆性材料的非均勻性導(dǎo)致了主裂縫周圍產(chǎn)生大量微裂紋的破 壞，影響裂縫的分岔和內(nèi)部的應(yīng)力值；應(yīng)力幅值和應(yīng)力脈沖歷時(shí)分別超過某一定 值時(shí)，主裂縫將出現(xiàn)分叉現(xiàn)象，試樣的破壞程度加劇，其研究結(jié)果對于深入揭示 準(zhǔn)脆性材料在動(dòng)荷載作用下II型裂紋擴(kuò)展的規(guī)律及準(zhǔn)脆性材料的損傷斷裂機(jī)制 具有重要的參考價(jià)值。寧波大學(xué)的張振亞等在2012年8月對脆性PMMA帶板中的動(dòng)態(tài)裂紋傳播進(jìn) 行了實(shí)驗(yàn)，他們設(shè)計(jì)了一種研究裂紋在脆性帶板（Strip）中傳播行為的實(shí)

4、驗(yàn)裝置。將矩形無預(yù)制裂紋的脆性有機(jī)玻璃（PMMA）試件上下邊固支，在萬 能試驗(yàn)機(jī)上施加拉伸載荷直到給定幅值，然后在試件側(cè)邊中央部位開啟一個(gè)尖銳 裂紋。由于預(yù)加的拉伸載荷作用，新開啟的裂紋將沿試件中部快速傳播，導(dǎo)致整 個(gè)平板試件斷裂。采用印刷在試件表面的導(dǎo)電斷裂絲記錄裂紋的動(dòng)態(tài)傳播歷史。 設(shè)計(jì)了一種邏輯電路，可將多達(dá)12 8路電阻絲的斷裂信號(hào)轉(zhuǎn)換為1路輸出信號(hào)， 使用高速波形記錄儀測量該信號(hào)，得到裂紋傳播距離與時(shí)間關(guān)系。對不同形狀的 試件施加不同幅度的預(yù)加載荷，完成斷裂實(shí)驗(yàn)，確定了裂紋的穩(wěn)定傳播速度。通 過大量實(shí)驗(yàn)，獲得了材料中穩(wěn)定裂紋速度vO與動(dòng)態(tài)裂紋傳播能Gc之間的關(guān)系。 測試結(jié)果表明：PM

5、MA的傳播能Gc是傳播速度vO的遞增函數(shù)；當(dāng)裂紋平均 的穩(wěn)定速度超過某一臨界值時(shí)，出現(xiàn)明顯的速度振蕩。大連大學(xué)的李維紅在2009年12月對脆性材料的亞臨界裂紋擴(kuò)展和雙向應(yīng)力 影響進(jìn)行了數(shù)值模擬，他認(rèn)為脆性材料的破壞通常是瞬態(tài)快速斷裂，亞臨界慢裂 紋擴(kuò)展特別是宏觀慢擴(kuò)展，很難在實(shí)驗(yàn)中觀察。它一定程度上制約了玻璃陶瓷等 材料的失效過程分析和阻力特性研究。本研究利用MFPA2D （Material Failure Process Analysis）軟件成功地模擬了玻璃類脆性材料在平面應(yīng)力狀態(tài)下承受單 向、雙向應(yīng)力時(shí)的亞臨界裂紋擴(kuò)展全過程，著重研究了脆性材料的慢裂紋擴(kuò)展和 擴(kuò)展速度所受雙向應(yīng)力的影響，

6、并討論這種影響的機(jī)理和作用。通過聲發(fā)射特性 的數(shù)值模擬得到脆性材料在單向及雙向應(yīng)力狀態(tài)下的亞臨界裂紋擴(kuò)展長度-荷載 步曲線。結(jié)果表明，平行于裂紋面的拉應(yīng)力對裂紋擴(kuò)展有一定程度的阻礙作用， 而平行于裂紋的壓應(yīng)力對裂紋有驅(qū)動(dòng)效果。該數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果與相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果取 得了較好的一致，表明數(shù)值實(shí)驗(yàn)的可靠性，從而為脆性材料的可靠性和壽命評價(jià) 提供理論基礎(chǔ)和手段。四川大學(xué)的蔣玉川等在2008年4月研究了脆性材料復(fù)合型裂紋的斷裂準(zhǔn)則， 他們認(rèn)為：實(shí)際工程中，脆性材料中的裂紋多處于復(fù)合型受力狀態(tài)，因此，確定 脆性材料中的復(fù)合型裂紋起裂角和臨界荷載有著重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。以 復(fù)合型裂紋為研究對象，將裂紋尖端

7、的最小無量綱塑性區(qū)尺度pmin和廣義合成 偏應(yīng)力強(qiáng)度理論相結(jié)合，建立脆性材料復(fù)合型裂紋的斷裂準(zhǔn)則，預(yù)測裂紋起裂角 及臨界荷載，將其結(jié)果與最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則和應(yīng)變能密度因子準(zhǔn)則相比較發(fā)現(xiàn)， 基于該文方法得到的臨界荷載曲線大于最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則得到的臨界荷載曲線， 與應(yīng)變能密度因子準(zhǔn)則得到的臨界荷載曲線比較接近。因而，表明了用該文的方 法來預(yù)測脆性材料復(fù)合型裂紋起裂角和臨界荷載是行之有效的。四川大學(xué)的劉凱等在2015年6月對脆性材料裂紋動(dòng)態(tài)擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行了研究， 為研究脆性材料中動(dòng)態(tài)裂紋的擴(kuò)展規(guī)律，他們采用PMMA(有機(jī)玻璃)作為試件材 料，通過鋼板沖擊試驗(yàn)和拉格朗日與SPH耦合模擬算法進(jìn)行研究。在保持

8、其他條 件一致的情況下，通過改變沖擊速度和初始裂紋角度進(jìn)行分組試驗(yàn)，然后完全對 應(yīng)試驗(yàn)的沖擊條件和試件狀態(tài)進(jìn)行分組模擬，最后對比分析。結(jié)果表明：脆性材 料動(dòng)態(tài)裂紋的擴(kuò)展形態(tài)主要是翼型擴(kuò)展，還有非翼型的次生裂紋出現(xiàn)，翼型裂紋 擴(kuò)展方向豎直向下，次生裂紋擴(kuò)展方向趨于水平；動(dòng)態(tài)裂紋的擴(kuò)展長度隨沖擊速 度以指數(shù)趨勢增長；試件中次生裂紋的出現(xiàn)，很大程度地增加了裂紋擴(kuò)展長度； 翼型裂紋的擴(kuò)展角度隨著初始裂紋角度的增大而減?。焕窭嗜张cSPH耦合算 法，能夠逼真顯示動(dòng)態(tài)裂紋中翼型裂紋的擴(kuò)展形態(tài)等。東北大學(xué)的孫雅珍等在2008年5月對脆性材料斜裂紋斷裂與損傷耦合分析， 他們認(rèn)為：對單向拉伸的斜裂紋，應(yīng)用西多霍

9、夫損傷模型和斷裂力學(xué)耦合分析方 法，推導(dǎo)出脆性材料斜裂紋損傷區(qū)與斷裂區(qū)的邊界方程，確定了脆性材料斜裂 紋初始損傷區(qū)和斷裂區(qū)的徑向尺寸。提出了裂尖斷裂區(qū)內(nèi)徑向應(yīng)變能的概念，并 建立了基于此概念上的裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則，即裂尖斷裂區(qū)內(nèi)徑向最小應(yīng)變能(RMSE) 判據(jù)，從而確定了脆性材料斜裂紋在斷裂區(qū)邊界上的開裂角。最后確定了不同裂 紋傾角起裂點(diǎn)的坐標(biāo)。武漢工業(yè)大學(xué)北京研究生部的孫立等對脆性材料中傾斜裂紋的斷裂評價(jià)，他 們以硼玻璃作為典型的脆性材料，實(shí)驗(yàn)研究了含傾斜直通裂紋的薄片試樣平面 受拉時(shí)的復(fù)合型斷裂特性。證明了對于脆性材料的平面應(yīng)力問題，II型應(yīng)力強(qiáng) 度因子對斷裂的作用不可忽略，并揭示了平行于裂紋的

10、拉應(yīng)力對裂紋有閉合作 用。這種閉合作用與II型裂紋驅(qū)動(dòng)力在一定程度上相互抵消，從而導(dǎo)致一種已 被廣泛接受的假象:即脆性材料在復(fù)合型應(yīng)力下僅I型應(yīng)力強(qiáng)度因子控制斷裂。 同時(shí)研究也表明，常規(guī)的等效裂紋方法評價(jià)K IC僅在裂紋斜角小于15時(shí)近似 可用。寧波大學(xué)的張振亞等在2014年6月對脆性聚甲基丙烯酸甲酯板動(dòng)態(tài)裂紋傳播 有限元進(jìn)行了模擬，他們開發(fā)了包含內(nèi)聚力單元模型的用戶材料子程序，嵌入商 用有限元軟件ABAQUS，采用顯式求解模塊模擬預(yù)加載的脆性聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)板中動(dòng)態(tài)裂紋傳播行為。在模擬過程中采用了剛性線性衰減的內(nèi)聚力準(zhǔn) 則，分別考慮了率無關(guān)和率相關(guān)兩種情況。模擬結(jié)果表明：在相同

11、的預(yù)加載荷下， 采用率無關(guān)內(nèi)聚力模型計(jì)算的裂紋傳播速度在絕大部分情況下大于實(shí)驗(yàn)測試值， 只在高速時(shí)二者基本一致；采用率相關(guān)內(nèi)聚力模型，所得到的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié) 果基本吻合，這說明率相關(guān)內(nèi)聚力模型可以反映快速裂紋傳播時(shí)的裂紋尖端復(fù)雜 率過程。清華大學(xué)的林鵬等在2006年研究了含裂紋缺陷脆性巖石的峰值強(qiáng)度模型，他 們在分析Ashby和Ha llam含缺陷脆性介質(zhì)峰值強(qiáng)度理論模型基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行 修正，并用修正的理論模型研究單軸作用下，含裂紋缺陷花崗巖試樣的裂紋萌生、 擴(kuò)展、貫通和相互作用等因素對峰值強(qiáng)度的影響規(guī)律。通過與物理試驗(yàn)和數(shù)值模 擬結(jié)果對比分析發(fā)現(xiàn)：修正后的Ashby-Ha llam強(qiáng)度模

12、型能定量地預(yù)測含缺陷 巖石的峰值強(qiáng)度，以及定性分析峰值強(qiáng)度同裂紋缺陷密度和裂紋貫通密度的關(guān)系； 含裂紋缺陷脆性巖體的峰值強(qiáng)度主要與貫通的裂紋數(shù)以及缺陷的分布和缺陷大 小有關(guān)。遼寧科技大學(xué)的唐烈先等在2013年對混凝土靜態(tài)破碎主裂紋導(dǎo)向技術(shù)進(jìn)行 了試驗(yàn)研究，他們認(rèn)為：靜態(tài)破碎的突出優(yōu)點(diǎn)是安全、環(huán)保，在石材開采、巖石、 混凝土等脆性材料局部破碎、城市建筑物拆除工程中應(yīng)用較為廣泛，但存在著作 用時(shí)間長、破碎不易預(yù)測和控制、易產(chǎn)生噴孔、低溫“致死”等難題。針對靜態(tài) 破碎過程中破碎不易預(yù)測和控制的難題，運(yùn)用斷裂力學(xué)理論和應(yīng)力集中原理，進(jìn) 行了靜態(tài)破碎劑作用下混凝土模型主裂紋的導(dǎo)向技術(shù)探索試驗(yàn)。通過對尺寸

13、為 200 mmX200 mmX200mm和300mmX300mmX300mm的多個(gè)模型的試驗(yàn)，摸索出一 種可以將混凝土靜態(tài)破碎主裂紋方向進(jìn)行人為控制的方法，即在鉆孔中置入寬度 與孔徑相等，高度與孔深相等的薄板，薄板的方向?yàn)橹髁鸭y預(yù)想方向。結(jié)果顯示 在孔中置入強(qiáng)度較低的薄板材料（比如木板）時(shí)，起不到破碎主裂紋導(dǎo)向作用， 而用強(qiáng)度較高的薄板材料（比如鋼板）時(shí)，破碎主裂紋方向?qū)蜃饔帽容^明顯。 作者認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)對巖石、混凝土等脆性材料的局部破碎或者石材開采，有重要 的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，值得進(jìn)一步深入研究和試用推廣。北京理工大學(xué)爆炸科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的寧建國等在2012年5月對橢 圓形微裂紋演化與

14、匯合的準(zhǔn)脆性材料本構(gòu)模型進(jìn)行了研究，他們認(rèn)為：微裂紋演 化與匯合是導(dǎo)致準(zhǔn)脆性材料損傷及破壞的主要因素.采用復(fù)勢函數(shù)法求解了受 遠(yuǎn)場載荷作用下代表性單元中橢圓微裂紋的變形，討論了橢圓微裂紋初始取向 的變化對微裂紋尺寸增長和偏轉(zhuǎn)角度的影響，并結(jié)合微裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則推導(dǎo)了損 傷起始的臨界應(yīng)力.基于翼型裂紋擴(kuò)展過程的能量守恒方程，建立了損傷階段 的本構(gòu)關(guān)系.對裂紋匯合模式進(jìn)行了討論，建立了翼型裂紋匯合的幾何模型， 由翼型裂紋匯合的臨界條件給出了斷裂失效應(yīng)變，最后給出了與細(xì)觀結(jié)構(gòu)演變 過程相對應(yīng)的本構(gòu)模型，并應(yīng)用該模型計(jì)算了巖石類材料單軸壓縮下的應(yīng)力應(yīng) 變曲線，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好.天津大學(xué)的劉志鋒等在200

15、7年對可加工Ce-ZrO2/CePO4陶瓷材料的裂紋擴(kuò)展 及加工損傷進(jìn)行了研究，他們認(rèn)為：對可加工Ce-ZrO2/CePO4陶瓷材料中裂紋擴(kuò) 展及加工損傷進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)其與一般脆性陶瓷中裂紋擴(kuò)展有所不同，由于 CePO4,的加人在基體中形成了弱界面，在荷載作用下弱界面處易形成微裂紋， 并發(fā)生裂紋的偏轉(zhuǎn)、分支和橋聯(lián)等形式，使得材料中裂紋的擴(kuò)展呈現(xiàn)不連續(xù)性。 而且CePO4 ;加人量對裂紋擴(kuò)展和加工損傷具有較大的影響，加人量較小時(shí)裂紋 擴(kuò)展不連續(xù)性并不明顯，加工損傷大，加工困難；加人量較大時(shí)裂紋呈發(fā)散狀 態(tài)，加工損傷小，但材料性能降低。大連工業(yè)大學(xué)的王承遇等在2012年4月研究了玻璃的脆性，他們

16、認(rèn)為：玻璃 的缺陷可分為納觀缺陷、微觀缺陷和宏觀缺陷。納觀缺陷為納米尺度的缺陷，指 玻璃結(jié)構(gòu)缺陷，包括微相、微不均、配位不全，空穴等。微觀缺陷指微米尺度缺 陷，主要為玻璃表面Griffith裂紋。宏觀缺陷為玻璃制造中產(chǎn)生的缺陷，如氣 泡、結(jié)石、條紋，以及使用過程中的損傷。這些缺陷的存在增加玻璃的脆性。描 述了玻璃表面Griffith裂紋的尺寸、分布以及形貌。哈爾濱建筑工程學(xué)院的王祥林等對脆性材料動(dòng)態(tài)斷裂特性進(jìn)行了研究，他們 為了探明裂紋擴(kuò)展時(shí)所受阻力的機(jī)制，尋求材料的動(dòng)態(tài)斷裂特性值（動(dòng)態(tài)應(yīng)力 強(qiáng)度因子K 1（ t ）、起裂韌性Kc、止裂韌性K d ）之間的相互聯(lián)系及這些值的 物理解釋，進(jìn)而得到

17、合適的斷裂判據(jù)，本文用動(dòng)態(tài)焦散線方法分析了脆性材料 的三點(diǎn)彎曲試件、雙懸臂梁試件在沖擊載荷作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的黃俊宇等在2013年4月對脆性顆粒材料的動(dòng)態(tài)多尺度模 型進(jìn)行了研究，他們認(rèn)為：脆性顆粒材料的多尺度模型一般包含微觀尺度的基本 粒子、細(xì)觀尺度的顆粒和宏觀尺度的顆粒堆積體3個(gè)尺度?；陔x散元方法（DEM） 構(gòu)建多尺度模型，并將該模型應(yīng)用于動(dòng)態(tài)加載。首先，對多尺度模型所涉及的兩 種接觸模型和兩種黏結(jié)模型的參數(shù)進(jìn)行分析，詳細(xì)討論微細(xì)觀模型參數(shù)與宏觀材 料常數(shù)之間的聯(lián)系。然后，選用Hertz-Mindlin接觸模型和平行鍵黏結(jié)模型，建 造石英砂的動(dòng)態(tài)多尺度模型。通過選擇合適的強(qiáng)

18、度和局部阻尼參數(shù)發(fā)現(xiàn)，模型宏 細(xì)觀尺度上的動(dòng)態(tài)壓縮響應(yīng)與對石英砂的相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果吻合很好。利用多尺度模 型和選定的參數(shù)，探討與動(dòng)態(tài)加載密切相關(guān)的局部阻尼機(jī)制對多尺度模型各個(gè)尺 度上力學(xué)響應(yīng)的影響。結(jié)果表明，阻尼越大則顆粒材料對波的衰減能力越強(qiáng)，但 過高的阻尼會(huì)使團(tuán)簇強(qiáng)度和模型的宏觀壓縮曲線都表現(xiàn)出異常的加載速度效應(yīng) （后者實(shí)際是阻尼引起的微慣性效應(yīng)）。另外，高阻尼會(huì)過度衰減顆粒破碎過 程產(chǎn)生的應(yīng)力波，從而阻礙顆粒破碎。最后，應(yīng)用改進(jìn)的動(dòng)態(tài)多尺度模型，對脆 性顆粒材料的動(dòng)態(tài)破碎特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)該模型不但能給出與試驗(yàn)相吻合的顆 粒級(jí)配曲線，還能揭示出顆粒破碎過程中微裂紋分布的空間不均勻性，即顆粒破

19、 碎過程中波的產(chǎn)生機(jī)制和衰減機(jī)制相互作用導(dǎo)致的微裂紋聚團(tuán)分布的現(xiàn)象。河北工業(yè)大學(xué)的王秀紅等在2011年12月對脆性損傷材料III型裂紋尖端的漸 近場進(jìn)行了研究，他們認(rèn)為：裂紋尖端應(yīng)力、應(yīng)變損傷場的研究是一個(gè)十分復(fù)雜 的問題，其核心問題是如何給出描述材料的損傷本構(gòu)方程和裂紋尖端中物理量奇 異量級(jí)的判定?？紤]到損傷過程是能量（應(yīng)變）累積的過程，初始損傷門檻值存 在，在Lemaitre研究的基礎(chǔ)上，給出帶有初始損傷量并與應(yīng)變成幕次關(guān) 系的脆性材料損傷本構(gòu)方程；在應(yīng)力（應(yīng)變）為有限值的假設(shè)條件下，研究了111 型裂紋尖端損傷場的構(gòu)造，給出了裂紋尖端應(yīng)力（應(yīng)變）漸近場解，討論了裂紋 尖端初始損傷區(qū)和完全

20、損傷破壞區(qū)的尺度與材料參數(shù)的關(guān)系。這些工作為材料的 工程設(shè)計(jì)和評估結(jié)構(gòu)的可靠性提供了理論依據(jù)。中南大學(xué)的曹平等在2011年10月對單壓下有序多裂隙脆性材料破壞機(jī)制及 其簡化模型進(jìn)行了研究，他們認(rèn)為：采用試件養(yǎng)護(hù)前期拔出預(yù)埋插片形成預(yù)制裂 隙的方法制作多裂隙脆性材料試件，并在伺服控制單軸加載系統(tǒng)上對其進(jìn)行加載 試驗(yàn)?；趩螇合麓嘈圆牧暇植科茡p的應(yīng)變軟化機(jī)理建立裂隙體數(shù)值模型，對比 試驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析有序多裂隙脆性材料破壞機(jī)制及其影響因素。結(jié)果表明: 除裂隙傾角及其幾何排布外，裂隙在試件中的相對分布位置也影響裂隙體的破壞 特征，且影響程度與裂隙面上有效剪切力大小有關(guān)，有效剪切力越大，則影響越

21、顯著。試驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算結(jié)果顯示：多裂隙試件中存在一組優(yōu)勢破壞面，與和裂隙 走向相一致的試件斜對角線重合，裂隙分布在優(yōu)勢破壞面上或附近時(shí)，其尖端發(fā) 育微裂紋的機(jī)率大于遠(yuǎn)離優(yōu)勢破壞面位置裂隙。結(jié)合有序多裂隙試件破壞特征及 數(shù)值模型單元屈服狀態(tài)，提出2種近置裂隙尖端裂紋發(fā)育簡化模型，并結(jié)合本試 驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了簡化模型的可行性。大連交通大學(xué)的王悅東等在2011年4月對非線性斷裂模式下凍土復(fù)合型破壞 進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，他們認(rèn)為：凍土是多相復(fù)合材料，其內(nèi)部含有很多孔洞、裂隙 等缺隙，它的斷裂破壞過程像巖石及混凝土等準(zhǔn)脆性材料一樣具有明顯的非線 性特征。本文提出了一種膠結(jié)力裂紋模型來模擬凍土的斷裂破壞過程。這種模

22、型 基于在裂紋尖端插入非線性界面元來模擬微裂紋區(qū)的膠結(jié)力使裂紋閉合的力，裂 紋擴(kuò)展判據(jù)采用最大應(yīng)變能釋放率準(zhǔn)則，同時(shí)編制程序?qū)鐾敛窂?fù)合型非線性 斷裂破壞的進(jìn)行了數(shù)值模擬，采用了自適應(yīng)網(wǎng)格及節(jié)點(diǎn)應(yīng)力釋放技術(shù)來保證計(jì) 算結(jié)果的精確度。最后將數(shù)值模擬的結(jié)果與凍土一復(fù)合型實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了比 較，兩者基本符合。中國科學(xué)院工程地質(zhì)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的伍法權(quán)等在2010年9月對脆性巖體巖 爆成因進(jìn)行了理論分析，他們認(rèn)為：大型工程開挖中，高地應(yīng)力環(huán)境下高儲(chǔ)能脆 性巖體通常會(huì)通過脆性破裂快速釋放應(yīng)變能，產(chǎn)生巖爆。針對這類巖爆現(xiàn)象進(jìn)行 了一系列理論探討，認(rèn)為：（1）開挖條件下脆性巖體的巖爆破壞主要為張破裂或 者張

23、剪性破裂，破裂角一般較小，呈薄片狀或刀口狀。筆者認(rèn)為開挖產(chǎn)生次生張 應(yīng)力和壓剪應(yīng)力條件下微裂紋裂尖出現(xiàn)張應(yīng)力是可能的，因此采用格里菲斯強(qiáng) 度理論研究開挖巖體破裂是有效的；（2）以格里菲斯強(qiáng)度理論為基礎(chǔ)，分析了巖 體在二維和三維情形下的巖爆破裂應(yīng)力判據(jù)和破裂角，指出在有張應(yīng)力的條件 下，巖體的剪破裂角會(huì)減小，直至為零，這就解釋了開挖面附近薄片狀、刀口狀 破裂現(xiàn)象的原因；（3）分析了脆性巖體巖爆破裂的能量過程，指出張性破裂所耗 能量較小，而張剪性和壓剪性破裂耗能較高。認(rèn)為巖爆破裂消耗的能量主要轉(zhuǎn)化 為新生裂紋的表面能和破裂碎片的動(dòng)能，并指出表面能所占比例較動(dòng)能為小。由 此解釋了脆性巖體巖爆破壞以動(dòng)

24、力效應(yīng)為主的特征；（4）本文理論分析成果的工 程應(yīng)用價(jià)值在于:可以預(yù)示開挖脆性巖體破裂部位、破裂方式和破裂范圍;提出巖 爆破裂的張性應(yīng)力控制依據(jù)。西南科技大學(xué)的盧玉斌等在2013年的11月對混凝土類材料翼型裂紋模型及 RFPA數(shù)值模擬進(jìn)行了驗(yàn)證，他們認(rèn)為：翼型裂紋模型被廣泛應(yīng)用于混凝土類材 料壓剪斷裂分析及損傷分析。針對較為典型的6種翼型裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算模 型，綜合考慮主裂面方位、翼型裂紋方位、側(cè)向圍壓及翼型裂紋當(dāng)量長度的影響， 對各計(jì)算模型進(jìn)行了系統(tǒng)的對比分析;利用巖石破裂過程分析系統(tǒng)（RFPA）軟件， 進(jìn)行了混凝土含中心預(yù)置裂紋的平板在軸向壓縮荷載和不同側(cè)向圍壓作用下破 裂過程的數(shù)值模擬。數(shù)值模擬再現(xiàn)了不同側(cè)向圍壓水平下平板試樣所表現(xiàn)出不同 的破裂模式以