复合型裂纹断裂的新准则_任利(5)

复合型裂纹断裂的新准则

第１期　　　　　　　　　　　　　　　　　任利等：　复合型裂纹断裂的新准则

·３５·

１７］

图５　实验数据［

［７］

图７　ＶＭＦ对比１，ＶＭＦ２，ＭＴＳ准则包络线与实验数据１

［］Ｆｉ．５　Ｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍ　Ｒｅｆ．１７　　ｇ

ｒｅｄｉｃｔｅｄＦｉ．７　ＣｏｍａｒｉｓｏｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｂＶＭＦ１，　　　　ｐｇｐｙ　

ＶＭＦ２，ＭＴＳｃｒｉｔｅｒｉｏｎｓｗｉｔｈｔｈｅｅｘｅｒｉｍｅｎｔａｌ　　　　ｐ

［］ｆｒｏｍ　Ｒｅｆ．１７ｒｅｓｕｌｔｓ　

的曲线，不随实验材料的改变而改变．类似地，ＳＥＤ准则、与除ＭＥＲＲ准则在该平面上也为确定曲线，泊松比ν以外的材料性质无关．考察纯Ⅱ型裂纹，一

／般情况下，材料不同则ＫⅡＣ因此，由不ＫⅠＣ也不同．同材料所确定的断裂破坏包络线通常不是唯一的．由此可见，类似ＭＴＳ、ＳＥＤ和ＭＥＲＲ的传统断裂判据预测断裂的精度依赖于材料的力学性质，不宜在没有合理假设的前提下使用．同理，式（１２）１５）－式（所示的断裂准则存在相同不足，见图６．显然，以单，一ＫⅠＣ表示的破坏准则，即式（和式（高估１２）１３）了材料抗断能力；以ＫⅡＣ表示的破坏准则，式（１４）），和式（则低估了材料抗断能力

．１５

图７给出了ＶＭＦ１准则、ＶＭＦ２准则和ＭＴＳ［１７］

准则包络线与实验数据对比结果，可见ＶＭＦ准则与实验数据吻合程度非常高．其中，ＶＭＦ２准则

从工程安全角度讲，一定程

度较ＶＭＦ１准则保守，

地保守估计裂纹体的强度有助于提高系统安全储备．如前所述，ＭＴＳ准则对于预测裂纹材料强度的／当ＫⅡＣ准确性依赖于材料性质，ＫⅠＣ＝１．１５５时，

／若ＫⅡＣＭＴＳ准则就能进行较好地预测其强度；则预测误差越大．比如，本试ＫⅠＣ偏离１．１５５越多，

验中，ＭＴＳ准则在预测以Ⅱ型破坏为主的复合断裂时，误差就较大．３．３　基于ＶＭＦ准则的复合断裂分析

对比图５－图６可以知道，仅以ＫⅠＣ或ＫⅡＣ建立的复合裂纹破坏准则都难以准确把握裂纹的扩展规也无法考虑当前应力状态对复合断裂的影响，故律，

有必要建立同时考虑材料性质以及裂纹尖端即时应力状态的破坏准则．对复合型裂纹而言，裂纹尖端应力状态不同，则裂纹的复合程度会不同．同时，在一般情况下复合裂纹的临界极半径也会因裂纹尖端应力状态不同而不同．因此，根据ＶＭＦ准则（对，应力状态对其ＶＭＦ１准则和ＶＭＦ２准则的统称）影响机制可由ｓｉｎｃｏｓγ、γ、ω、η以及ｒＣ随裂尖应力状态改变的规律加以研究．为此引入能够表征裂纹尖端当前应力状态的参量：

－１ＫⅡ

（）Ｍ＝ａｎ２３

ＫⅠπ

其中０≤Ｍ≤１．图８给出了复合变量ｓｉｎｏｓγ和ｃγ、ω和η随应力状态的变化规律，其中，ＰＭＭＡ的Ⅰ型

）

／１２

·ｍ，断裂韧度为１．１２ＭＰａ１３Ⅱ型断裂韧度为２．

图６　以ＫⅠＣ、ＫⅡＣ表示的断裂准则包络线

１７］

与实验数据［对比图

１２

·ｍＭＰａ．

，根据图８ｃｏｓｓｉｎγ和ω随Ｍ增大而逐渐减小，γ

／

Ｆｉ．６　Ｅｘｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒｍｉｘｅｄｍｏｄｅｌｃｒａｃｋｓ　　　　　ｇｐ

ｆｒｏｍ　Ｒｅｆ．［１７］ａｎｄｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ　　　

（））ｆｒｏｍＥｓ．１３ａｎｄ（１５　ｑ

和η随Ｍ增大而增大．也即是说，Ⅱ型作用随着Ｍ增

大而加强，裂纹由以拉为主的拉剪复合转变为以剪为主的拉剪复合，并最终成为纯Ⅱ型裂纹．当Ｍ＜０．７时，