基于3D-ILC三點彎脆性固體內裂紋擴展規律及破壞特征研究

摘要：巖石內裂紋擴展問題是巖土工程學科的重要問題之一。基于3D-ILC技術,選用理想脆性材料,在對試樣表面無影響的前提下,生成任意參數的真實內裂紋,進行含內裂紋試樣三點彎試驗,并與完整試樣進行對比。開展試樣破壞過程、特征荷載、破壞形態、斷口特征、動態分叉、應力云紋分析,通過數值模擬得到裂紋尖端K分布規律及擴展路徑,與試驗對比。結果表明:(1)內裂紋的存在極大的降低試樣的起裂與破壞荷載;(2)應力雙折射技術可與3D-ILC聯合應用進行內裂紋應力信息監測,內裂紋尖端呈現"花瓣"狀應力云紋;(3)三點彎下空白試樣發生動態斷裂,斷口呈現霧化、羽毛區特征,由動態裂紋分叉引起。含裂紋試樣,從內裂紋下尖端到上尖端逐漸起裂,呈現水滴狀,為純I型破壞,斷口呈現交匯Wallner線特征;(4)基于M積分的裂紋尖端K分布與試驗起裂規律一致;基于MTS的內裂紋擴展路徑模擬與試驗一致。3D-ILC相對于目前透明類巖石研究中主流方法,在脆性度、裂紋真實性、應力場可視化、斷口特征等方面具備一定進步性,試驗與數值模擬成果將為巖石等脆性材料的三維斷裂、內裂紋擴展等問題的研究,提供試驗和理論參考。