Нелокальные и градиентные критерии разрушения квазихрупких материалов при сжатии
| Rok vydání: | 2018 |
|---|---|
| Předmět: | |
| DOI: | 10.24411/1683-805x-2018-14003 |
| Popis: | Выполнен анализ возможности применения известных нелокальных и градиентных критериев разрушения для описания хрупкого, квазихрупкого и вязкого разрушения материалов с вырезами. Общим свойством выбранных критериев является введение внутреннего размера материала, характеризующего его структуру, что позволяет описать масштабный эффект в условиях концентрации напряжений и тем самым расширить область применения по сравнению с традиционными критериями. Показано, что эта область ограничена случаями хрупкого либо квазихрупкого разрушения с малой зоной предразрушения. Для расширения области применения критериев на случаи квазихрупкого разрушения с развитой зоной предразрушения предложено отказаться от гипотезы о размере зоны предразрушения как о константе материала, связанной только с его структурой. Разработаны, физически обоснованы и экспериментально подтверждены новые нелокальные критерии, являющиеся развитием критериев средних напряжений, напряжений в точке, фиктивной трещины, градиентного критерия и содержащие комплексный параметр, характеризующий размер зоны предразрушения и учитывающий не только структуру материала, но и пластические свойства материала, геометрию образца и условия его нагружения. Получены выражения для критического давления в задаче об образовании трещин отрыва при сжатии в образцах геоматериалов с круговым отверстием. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными о разрушении гипсовых плит с отверстием. Кроме того, применение разработанных критериев позволило объяснить наблюдаемую в эксперименте смену характера разрушения с хрупкого на вязкий при увеличении размера отверстия This paper analyzes the possibility of using known nonlocal and gradient fracture criteria to describe brittle, quasi-brittle, and ductile fracture of notched materials. A common property of these criteria is the introduced internal dimension of the material characterizing its structure. It allows describing the scale effect at stress concentration and thus the scope of application of the criteria is expanded in comparison with conventional criteria. However, it is shown that the applications are limited to cases of brittle or quasi-brittle fracture with a small prefracture zone. If we want to apply the above criteria to cases of quasi-brittle fracture with a developed pre fracture zone, we should abandon the hypothesis that the prefracture zone size is a constant of the material associated only with its structure. In this paper, we have developed and experimentally confirmed new nonlocal criteria based on the criteria for mean stresses, stresses at a point, a fictitious crack, and a gradient criterion. The new criteria contain a complex parameter that characterizes the prefracture zone size and takes into account the structure of the material, its plastic properties, sample geometry, and loading conditions. Expressions are obtained for the critical pressure in the problem of mode I crack formation in compressed samples of geomaterials with a circular hole. The calculation results agree well with the experimental data on the fracture of gypsum plates with a hole. In addition, the developed criteria helped to explain the experimentally observed change from brittle to ductile fracture behavior when the hole size is increased. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|