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厚壁圆筒裂纹有限元分析摘要压力容器是承压并具有爆炸危险的特种设备，一旦发生爆炸或者泄漏事故，往往并发引起火灾或中毒等重大伤亡，严重影响社会生产和经济发展，人民的生命和财产将蒙受巨大损失，同时直接影响社会生活的安定。
压力容器在使用过程中会产生各种缺陷，对这些缺陷进行安全评估是安全生产的必要工作。
本文以断裂力学为理论基础，利用断裂力学理论及数值分析方法从而更能准确的反映出压力容器在不同裂纹尺寸和不同裂纹类型下的疲劳寿命。
判断含裂纹缺陷压力容器运行的安全性与可靠性的目的在于减少不必要的停产以及维修，从而提高经济性和设备的可靠性，因此本课题的研究更加具有实用意义。
并且通过有限元软件ANSYS，建立该表面裂纹缺陷的二维平面模型和三维有限元模型，模拟计算最能反映出该裂纹前沿状态的重要参量—应力强度因子值，并分析有限弹性体高度和长度的变化对应力强度因子值大小的影响。
以上研究的结果为该设备的安全使用和可靠性评价提供了理论依据。
关键词：裂缝；有限元；应力集中；结构分析；应力强度因子AbstractPressure vessels are special pressured equipments with explosion hazard.Heavy casualties such as fire disaster and poisoning caused by explosion or leakage seriously will seriously affect social production,economic development,and people’s lives and property.Therefore,security evaluation on the defects during the process of use is necessary to ensure safety production.This Paper is based on fracture mechanics，this method that using the theory of fracture mechanics and numerical analysis is in order to define an accurate fatigue life of the pressure vessel at different crack size and form.To determine the safety and reliability of the pressure vessel which containing crack defect aimed to reduce unnecessary shutdowns and maintenance，therefore，it enhance the economy and reliability of the equipment.So the study of this topic has more practical significance.And by the use of the finite element software-ANSYS ,the paper establishes a Surface crack 3-D model，simulates an important parameter-the stress Intensity factor，that can best reflect the status of the crack front.This paper also analyses the change of the stress intensity factor value which is influenced by the limited elastomer’s height and weight.These results of the study Provide a theoretical basis for the safe use and reliability evaluation of the equipment.Key word: Crack; Finite element; Stress concentration; Structural analysis; SIF第1章概述有资料表明，目前我国压力容器供方市场已有2700余家，已构成规模大，装备强，覆盖面广，技术力量强，素质高的生产厂家。
一种多裂纹应力强度因子计算的新方法
陈莉;王志智;聂学州
【期刊名称】《机械强度》
【年(卷),期】2004()z1
【摘要】提出一种多裂纹应力强度因子计算的新方法———复合法 (亦称修正系数相乘法 ) ,该方法的目的是为了建立一种多裂纹结构复杂应力强度因子的简单计算方法。
该方法是根据不同结构承受相同载荷 ,其应力强度因子用相乘原理 ,且多裂纹结构可以分解为若干简单情况。
实际上 ,这种方法是多裂纹应力强度因子的修正系数由各简单情况的修正系数相乘得到。
文中给出三个计算例题 ,用组合法和复合法进行计算比较。
计算结果表明 ,复合法计算更简单、方便和直接。
【总页数】3页(P210-212)
【关键词】多裂纹;应力强度因子;组合法;复合法;修正系数
【作者】陈莉;王志智;聂学州
【作者单位】中国飞机强度研究所
【正文语种】中文
【中图分类】V215.52
【相关文献】
1.20Cr结构钢疲劳裂纹扩展的应力强度因子范围及有效应力强度因子范围的计算[J], 杨秀清;钟蜀晖
2.任意多椭圆孔多裂纹无限大各向异性板应力强度因子求解的一种新方法 [J], 郭
树祥;许希武
3.一种多裂纹应力强度因子计算的新方法——复合法 [J], 陈莉;王志智;聂学州
4.一种计算三维裂纹应力强度因子的新方法 [J], 曹宗杰;高平
5.基于裂纹尖端应力比值的含裂纹功能梯度材料圆筒应力强度因子计算方法 [J], 李戎;杨萌;梁斌;NODA Nao-Aki
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带k个周期径向裂纹的圆形孔口问题的解析解
带k个周期径向裂纹的圆形孔口问题，也称为“k-周期径向裂纹贯穿圆形孔口结构的拉伸强度”，是应力集中抗剪承载能力的一种重要考虑因素。
该问题的解析解包括三个部分： (1) 圆形边界条件: 假设这个结构是一个完整的、不受外力影响的圆形，圆形边界上的应力为K/2π，应变为Δ/2π，其中K和Δ分别是拉伸应力和应变。
(2) 裂纹位置: 根据k个周期，裂纹的位置在每个周期内等距分布，每个裂纹的距离为R0/k，其中R0是圆形的半径。
(3) 裂纹参数: 根据裂纹参数，裂纹的深度、宽度和裂缝面的斜度可由对应的参数表示，这些参数可以通过试验、数值模拟等方法确定。
最后，根据上述参数，可以利用解析方法计算出此结构的拉伸强度，从而判断结构的承载能力。
含随机微裂纹的椭圆孔口应力分析
周胜;李兆霞
【期刊名称】《上海交通大学学报》
【年(卷),期】2016(50)2
【摘要】针对实际工程中广泛存在的孔洞边缘含有随机微裂纹的孔口应力分析问题建立了理论模型.利用微裂纹在小尺度下的局部保角性构造近似的复变函数,通过对微裂纹与宏观孔洞的尺度分离获得了不同尺度下椭圆孔口的应力场,并扩大了复变函数的应用范围.结果表明,通过近似的复变函数的构造和微裂纹与宏观孔洞的尺度分离,能够准确计算含微裂纹椭圆孔口的应力场和应力强度因子.当含随机微裂纹的椭圆孔洞所在平面承受竖向均布载荷时,椭圆长短轴的比值越大,应力强度因子的极值越大,且应力强度因子沿椭圆边缘的衰减速度越快;当椭圆长短轴的比值足够小时,微裂纹位置对应力强度因子的影响不大.
【总页数】6页(P272-277)
【关键词】椭圆孔口;微裂纹;尺度分离;复变函数;保角变换
【作者】周胜;李兆霞
【作者单位】东南大学工程力学系
【正文语种】中文
【中图分类】O346.1
【相关文献】
1.带双裂纹的椭圆孔口问题的应力分析 [J], 郭俊宏;刘官厅
2.带随机微缺陷椭圆孔口的应力分析 [J], 周胜;李兆霞
3.椭圆孔口端点和裂纹端点处的变动态应力分析 [J], 陈宜周;李福林;林筱云
4.含表面半椭圆裂纹板裂纹尖端应力强度因子的三维光弹分析 [J], 黎之奇;柳春图;胡振威
5.带裂纹的椭圆孔口问题的应力分析 [J], 郭怀民;刘官厅;皮建东
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裂纹表面受力情形下圆孔边裂纹问题的精确解研究1. 研究背景圆孔边裂纹是一种广泛存在于工程结构中的重要裂纹形式，其对结构的影响和破坏性质备受关注。
在实际应用中，裂纹表面受到不同形式和大小的载荷作用，因此对于圆孔边裂纹问题的精确解研究十分必要。
2. 研究内容针对圆孔边裂纹问题，本研究将基于复合应力函数的方法，通过构建合适的应力函数、边界条件和裂纹参数方程，求解出其精确解。
具体研究内容包括：（1）构建复合应力函数通过应用Liouville-Green变换和椭圆坐标系变换，得到复合应力函数的一般形式，满足边界条件和裂纹参数方程。
（2）求解应力函数系数通过边界条件和裂纹参数方程，利用位势理论求解应力函数系数。
（3）计算应力强度因子利用复合应力函数和Griffith能量原理，计算得到裂纹尖端的应力强度因子。
（4）分析不同受力情形下的裂纹扩展行为根据不同受力情形的载荷作用，绘制应力强度因子对裂纹长度的曲线，分析裂纹扩展行为和破坏特性。
3. 研究意义本研究将对圆孔边裂纹问题的精确解进行分析和研究，提供了一种新的求解方法和途径，为该问题的数值和实验研究提供了参考依据和理论支持。
同时，对于裂纹扩展机理、结构稳定性和破坏特性等方面的研究也有一定的理论和应用价值。
4. 研究前景本研究为圆孔边裂纹问题的精确解研究提供了一种新思路和方法，并且通过对不同受力情形下的裂纹扩展行为的研究，也将推动该问题在工程实践中的应用和发展。
未来，可以将研究对象扩展到其他类型的裂纹问题，深入探讨其扩展机理和破坏特性，为工程结构的可靠性分析和设计提供更加可靠和有效的解决方案。
椭圆封头开孔结构的极限分析作者：刘德时黄英李春会来源：《科学家》2017年第16期摘要对于椭圆封头开孔的结构，首先采用弹性应力分类法对结构进行强度分析与评定，数值结果显示结构一次应力不能满足规范要求。
极限分析法比弹性应力分类法更加接近整体塑性垮塌的实际状态，采用极限分析法对结构进行一次应力进行重新校核，结果显示最大许用荷载提高了12%，可以满足规范要求。
而考虑了几何非线性效应后，结构的极限承载能力可以进一步提高。
关键词应力分析；应力分类；极限分析中图分类号 TH4 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）16-0113-02压力容器分析设计提供了按不同破坏模式分别控制应力水平的方法，相对于规则设计方法，理念上更加先进，代表着压力容器设计计算的发展方向。
从20世纪60年代以来，随着弹性有限元方法的成熟，弹性应力分类法也成为压力容器强度分析与评定的主流方法。
应力分类法以弹性力学、板壳理论为基础，通过弹性有限元方法计算出虚拟应力，然后通过与一维的材料的弹性、塑性或弹塑性破坏准则对结构进行强度评定。
按照结构破坏模式的不同，应力分类法将线性化路径的应力分为一次应力、二次应力和峰值应力。
应力分类法力学概念明确，计算成本低，因此一直沿用至今。
但是该方法也存在固有的缺陷，对于实际工程结构，有时很难分清一次应力与二次应力成分，很多情况下两种应力成分都有，如果简单得将线性化的应力归为某一单一的应力成分，将导致产品设计过于冒进或者过于保守。
随着非线性有限元方法趋于成熟，逐渐诞生了基于材料塑性本构的分析设计方法，其中就包括极限载荷法。
该方法主要针对结构整体塑性垮塌的失效模式，可以替代弹性应力分类法中的一次应力的评定，从而免去一次应力与二次应力难以区分的困扰。
极限分析法已纳入我国的分析设计标准JB4732-1995《钢制压力容器-分析设计标准》（2005年确认）中，也越来越广泛地应用于工程实际中。
白海永[1]等采用轴对称模型分析了对椭圆封头顶部开孔的结构进行极限分析，并对不同迭代算法的数值结果进行比对分析。
1维6方压电准晶带4条裂纹的圆形孔口问题的解析解张峰;李星【摘要】利用复变函数方法与保角变换技巧,探讨了1维6方压电准晶中带有4条裂纹的圆形孔口的反平面Ⅲ型裂纹问题,得出了应力强度因子和电位移强度因子的解析解.由该解析解得出极限情形下的对称4裂纹圆形孔口、3条裂纹的圆形孔口、共线双裂纹圆形孔口、单裂纹圆形孔口、十字裂纹、T形裂纹对应的Ⅲ型裂纹应力强度因子和电位移强度因子的解析表达式.【期刊名称】《江西师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(039)001【总页数】6页(P50-54,100)【关键词】1维6方压电准晶;具4条裂纹的圆形孔口;复变函数方法;应力强度因子【作者】张峰;李星【作者单位】宁夏大学数学与计算机学院,宁夏银川750021;宁夏大学数学与计算机学院,宁夏银川750021;宁夏师范学院数学计算机系,宁夏固原756000【正文语种】中文【中图分类】O346.10 引言与基本理论D.Shechtman等［1］于1984年在快速冷却的铝锰合金中发现了1种电子衍射斑具有明显的5次对称性的相，并推断出该结构具有3维空间的彭罗斯拼图结构.D.Shechtman等揭示出原子在晶体内的堆积形态可以不重复、独特的原子排列形式，使得固体准晶具有高硬度、低密度、耐磨等独特的性能.因此，它成为了1种新型的材料，并将其广泛应用于航空航天和金属成型等工程领域［2］.相对于经典弹性理论而言，准晶的弹性理论更复杂，应用数学与力学学者就其弹性和缺陷问题做了一系列研究.文献［3－4］利用对称群对于准晶的弹性基本理论开展了相关研究.范天佑［5］基于经典弹性理论中的复变函数法，系统地总结了若干准晶平面弹性与断裂力学问题的复变方法.在此基础上，众多学者对简单的1维6方立方等准晶的弹性、位错、孔口和裂纹问题进行了研究［6－11］.文献［12］指出准晶具有压电效应，并建立了准晶的电弹性基本理论.而考虑准晶压电效应的研究相对较少，王旭等［11］研究了1维6方压电准晶中的动态螺旋位错，求出位错引起的应力位移场的分量的解析解.李星等［13－14］研究了1维6方压电准晶对称条形体中共线双半无限快速传播裂纹问题与一些简单裂纹的静力学与动力学问题的解析解.本文运用1维6方准晶的电弹性基本理论，将文献［15］中的具有4条裂纹的圆形孔口反平面问题推广到了1维6方压电准晶中，并给出了应力强度因子的解析解.取点群6mm 1维6方压电准晶的准周期方向为坐标轴x3，坐标平面为x1－x2垂直于准周期方向的平面，建立直角坐标系.根据文献［5，11］的广义胡克定律、几何方程、不计体力的运动平衡方程，当缺陷沿准晶的准周期方向穿透时1维6方压电准晶的反平面问题为(1)式最终可以归结为3个调和函数求解的问题，由复变函数理论［5，13］知，u3，ω，ψ 可表示为 3 个解析函数的实部，即其中Re表示实部，φj(z)(j=1，2，3)为3个解析函数，z=x1+ix2.1 问题研究设1个无限大1维6方压电准晶中有4条圆形孔口裂纹，裂纹长分别为a－R，b－R，c－R和c－R，裂纹沿准周期方向穿透，记边界为L，1个电场分布在无穷远处，电极化的方向作为准周期的方向，T是受到的电载荷，τ为无穷远处受到沿准周期方向的剪应力，如图1所示，则该问题转换为准晶在裂纹面上受到电位移和剪应力的作用，Z=－p，Z'=－q，Z″=－T，电非渗透型边界条件为其中l，m表示带4条裂纹的圆形孔口的外法线方向与x1，x2轴夹角的余弦值.若f(z)为解析函数，则∂f ∂x1=dfdz，∂f ∂x2=idfdz.若f(z)=P(x1，x2)+iQ(x1，x2)=Ref(z)+iImf(z)，由Cauchy－Riemann 关系知，由广义胡克定律和(2)式得将(5)、(6)式代入(3)式，再由(4)式知，(5)式可化为两边分别对s积分，并由得对z的不同位置进行讨论(见图2)，得到的结果［15］为(7)式两端关于z求导，并将(8)式代入得其中图1 具有4条裂纹的圆形孔口模型图2 包含具有4条裂纹的圆形孔口的无限大平面到单位圆的映射引入保角变换［15］其中a1=(a/R+R/a)/2，b1=(b/R+R/b)/2，c1=(c/R+R/c)/2.此映射将z平面的裂纹映射到ζ平面上的单位圆内部，从而ω－1(a)→1，ω－1(－b)→－1，ω－1(ic)→ D1，ω－1(－ic)→ J1，如图2所示.令ψi(ζ)= φi(z)，则将(10)式代入(9)式整理，然后将单位圆上的点ζ= σ=eiθ代入，得(11)式两边分别同时乘以1/［2πi(σ－ξ)］，并沿边界l积分得在单位圆内ψ'i(ζ)解析，由Cauchy积分公式得由于，则ω'(σ)·为单位圆外解析函数的边值.根据无穷远处的Cauchy积分公式，对于，有令，其中其中由(12)式可解得根据(4)式和(5)式得由(13)式代入(10)式可得φ'i(z)，然后代入(14)式解方程组，再利用保角映射的反演，则可得z平面内的应力场和位移场的表达式，由于结果较复杂，此处不予列出. 由(z→a)，F(ζ)→RY/2，ζ→1(z→a)得在裂纹尖端z=a处，对应于ζ平面内ζ=1处的声子场应力强度因子、相位子场应力强度因子、电位移强度因子分别为其中当1维6方压电准晶退化为1维6方准晶时，问题就退化为1维6方准晶中具有4条裂纹的圆形孔口，其声子场应力、相位子场应力强度因子分别为与文献［15］中的结果一致.2 几种特殊情形1)(i)当c→R时，问题为1维6方压电准晶中带非对称共线双裂纹的圆形孔口，由(15)式得其中(ii)当b→a时，问题为1维6方压电准晶中带有对称共线双裂纹的圆形孔口，由(16)式知(iii)当b→R时，问题为1维6方压电准晶中带有单裂纹的圆形孔口，由(16)式知2)当b→a时，问题为1维6方压电准晶中具有对称4裂纹的圆形孔口，由(15)式3)当b→R时，问题为1维6方压电准晶中具有3条裂纹的圆形孔口，由(15)式知其中4)(i)当R→0时，问题为1维6方压电准晶中具有非对称十字裂纹的圆形孔口，由(15)式知(ii)当b→a时，问题为1维6方压电准晶中具有对称十字裂纹的圆形孔口，由(17)式知(iii)当b→0时，问题为1维6方压电准晶中T形裂纹，由(17)式知(iv)当b→a，c→0时，问题为1维6方压电准晶中Griffith裂纹，由(17)式知当1维6方压电准晶退化为1维6方准晶时，问题为1维6方准晶中的Griffith 裂纹，声子场应力、相位子场应力强度因子分别为与文献［15］中的结果一致.3 结论本文得出了1维6方压电准晶中具有4条裂纹的圆形孔口问题的应力和电位移强度因子的解析解，从得到的结果可以看出:电位移并没有和应力发生耦合，电载荷不能改变应力场，只能改变电位移应力强度因子，声子场应力、相位子场应力以及电位移都受到裂纹尺寸的影响.当1维6方压电准晶退化为1维6方准晶时，与文献［15］的结论一致.得到的解析解在极限情形下可以给出1维6方压电准晶中对称4裂纹圆形孔口、3条裂纹的圆形孔口、共线双裂纹圆形孔口、单裂纹圆形孔口、十字裂纹、T形裂纹问题对应的III型裂纹应力强度因子和电位移强度因子的解析表达式.这在一定意义上验证理论推导的正确性.在自然界和工程应用中经常会遇到带裂纹的材料受到电载荷的作用，材料由裂纹尖端开始破坏是常有的，本文得到的结果可以作为理论依据，从而推进压电准晶材料的实际应用.4 参考文献【相关文献】［1］ Shechtman D，BlechI，Gratias D，et al.Metallic phase with long－range orientational order and no translational symmetry［J］.Physical Review Letters，1984，53(20):1951－1953.［2］Dubois J M.So useful，those quasicrystals［J］.Israel Journal of Chemistry，2011，51(11/12):1168－1175.［3］ Hu Chengzheng，Wang Renhui，Ding Dihua.Symmetry groups，physical property tensors，elasticity and dislocations in quasicrystals［J］.Rep Prog Phys，2000，63(1):1－39.［4］Ding Dihua，Wang Renhui，Yang Wenge.Generalized elasticity theory of quasicrystals［J］.Physical Review B，1993，48(10):7003－7010.［5］Fan Tianyou.Mathematical theory of elasticity of quasicrystals and its applications ［M］.Beijing:Science Press，2011.［6］Li Xianfang，Fan Tianyou.A straight dislocation in one－dimensional hexagonal quasicrystals［J］.Physica Status Solidi:B，1999，212(1):19－26.［7］Peng Yanze，Fan Tianyou.Crack and indentation problems for one－dimensional hexagonal quasicrystals［J］.The European Physical Journal B－Condensed Matter and Complex 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应力奇异概念
"应力奇异"通常用于描述在材料或结构中某些区域产生无穷大
或趋近于无穷大的应力值的现象。
这种情况通常发生在材料中存在缺陷、尖锐边缘或集中载荷的地方。
应力奇异性是材料力学和结构分析中的一个重要概念。
在一个结构或材料中，如果存在一个几何尖锐的角点、裂纹尖端、孔洞边缘等地方，应力场可能在这些区域内增大，导致应力奇异。
在这些区域内，传统的弹性理论和公式可能不再适用，需要采用更为复杂的理论和方法，例如弹塑性理论或断裂力学。
一些常见的应力奇异问题包括：
1.尖端应力问题（Stress Concentration）：在结构中存在几何尖锐或
不连续的地方，如孔洞、缺口、裂纹等，导致应力场在这些区域内增大。
2.裂纹尖端问题（Crack Tip Singularity）：当裂纹的尖端附近，应力
场可能呈现出奇异性，这在断裂力学中是一个重要的研究对象。
应对应力奇异性问题，工程师和研究人员可能使用一些修正方法，如引入应力集中系数、使用奇异积分等。
这有助于更准确地预测和分
析结构在奇异区域内的应力分布。
第28卷 第2期航 空 学 报Vol 128No 12 2007年 3月ACTA A ERONAU TICA ET ASTRONAU TICA SIN ICA Mar. 2007收稿日期:2005211217;修订日期:2006205208通讯作者:黄其青E 2mail :Huangqq @ 文章编号:100026893(2007)022*******椭圆孔边角裂纹应力强度因子的权函数求解方法谢 伟,黄其青(西北工业大学航空学院,陕西西安 710072)Weight Function Method for Stress Intensity F actor of Corner Crack at Elliptic H oles U nder R emote T ensionXIE Wei ,HUAN G Qi 2qing(School of Aeronautics ,Northwestern Polytechnical University ,Xi ′an 710072,China )摘 要:飞机结构中一些用作检查的开口常常设计为椭圆孔,椭圆孔边三维裂纹应力强度因子的计算是该类结构损伤容限分析的关键技术。
应用组合法思想构造了椭圆孔边裂纹的权函数,给出片条合成法求解含椭圆孔边三维角裂纹应力强度因子的求解方法,计算了椭圆孔边角裂纹受远方拉伸情况下的应力强度因子,研究了椭圆孔曲率半径对应力强度因子的影响,给出可供工程参考的结果和结论。
关键词:组合法;片条合成法;角裂纹;应力强度因子;权函数;椭圆孔中图分类号:V21516 文献标识码:AAbstract :The hatches of the inspection are usually designed with elliptic holes in airplane structures ,so the computation of the stress intensity factor of three dimensional cracks at elliptic holes is pivotal for damage tol 2erance analysis of these structures.In this paper the weight f unction of crack at elliptic holes is given by applied compounding method.Stress intensity factor ′s formula of corner crack ,applied the slice synthesis method ,is gained.Stress intensity factor of corner crack at elliptic holes under remote tension is computed.At the same time ,research how the elliptic hole radius of curvature affects the stress intensity factor.Stress intensity factor decreases along with radius of curvature increases.Some results and conclusions which are of practical value are given in this paper.K ey w ords :compounding method ;slice synthesis method ;corner crack ;stress intensity factor ;weight func 2tion method ;elliptical hole 工程结构的疲劳断裂往往是由于孔及缺口等应力集中部位起始的角裂纹或表面裂纹的扩展造成的。
小煤柱应力集中区钻孔卸压效果的数值模拟
李金奎;刘东生;李学彬;熊振华
【期刊名称】《西安科技大学学报》
【年(卷),期】2009(029)005
【摘要】在分析钻孔卸压机理的基础上,用ADINA模拟了小煤柱应力集中区钻孔卸压效果,得出了钻孔周围位移与应力分布变化规律.通过小煤柱应力集中区钻孔卸压效果模拟表明:合理钻孔孔径和孔距的卸压孔可以导致煤层结构性破坏,从而使应力峰值向深部转移.研究表明:钻孔对小煤柱应力集中区卸压效果十分显著.
【总页数】5页(P527-530,569)
【作者】李金奎;刘东生;李学彬;熊振华
【作者单位】大连大学,地质生态环境研究院,辽宁,大连,116622;大连大学,地质生态环境研究院,辽宁,大连,116622;大连大学,地质生态环境研究院,辽宁,大连,116622;大连大学,地质生态环境研究院,辽宁,大连,116622
【正文语种】中文
【中图分类】TD315+.3
【相关文献】
1.深部开采高地应力区钻孔卸压数值模拟及应用 [J], 田莉梅;张英;张景华
2.深部高应力集中区小煤柱留巷技术 [J], 王裕琳;张魏;
3.小煤柱应力集中区钻孔卸压机理的数值模拟研究 [J], 李金奎;刘东生;李学彬;熊振华
4.窄小煤柱集中应力的Flac3D数值模拟研究 [J], 尹超
5.纳林河二号矿井31103-1工作面高度应力集中区钻孔卸压实践 [J], 丁峰;狄正宝
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应力开裂裂纹特征一、应力开裂裂纹的概念和分类应力开裂是指物体在受到外部作用力时，由于其内部存在一定的应力集中，导致物体表面出现开裂现象。
这种开裂现象被称为应力开裂。
而在应力开裂中，如果出现了明显的断口，则称为应力开裂断口或者是应力腐蚀断口。
根据不同的应力来源和作用方式，可以将应力开裂分为以下几类：1. 静态载荷下的静态强度破坏2. 动态载荷下的疲劳破坏3. 热载荷下的热疲劳破坏4. 腐蚀环境下的腐蚀开裂二、应力开裂裂纹形貌特征在实际工程中，由于材料本身质量和制造工艺等因素影响，会导致材料内部存在缺陷或者是微小孔洞等缺陷。
当外部作用力引起局部应变时，这些缺陷就可能会成为损伤生长源并形成微小的裂纹。
随着外部作用力不断增加，这些裂纹就会逐渐扩展并形成明显的应力开裂裂纹。
应力开裂裂纹的形貌特征主要包括以下几个方面：1. 裂纹起始点：应力开裂裂纹通常都是从材料表面或者是内部的缺陷处开始发生，这个位置被称为裂纹起始点。
在金属材料中，通常都会出现一些微小孔洞或者是夹杂物等缺陷，这些缺陷就是应力开裂的最常见起始点。
2. 裂纹扩展方向：应力开裂裂纹的扩展方向与外部作用力的方向有关。
如果外部作用力垂直于材料表面，则裂纹扩展方向通常也是垂直于表面；如果外部作用力与材料表面夹角较小，则裂纹扩展方向可能会呈现出一定的倾斜。
3. 裂纹长度和深度：随着外部作用力不断增加，应力开裂裂纹会逐渐扩展并加深。
如果不及时处理，则可能导致整个构件失效。
因此，在实际工程中需要通过对应力集中区域进行加强或者是采取其他措施来防止裂纹的扩展。
4. 裂纹形状：应力开裂裂纹的形状通常都是不规则的。
这是由于材料内部存在着各种不同形状和大小的缺陷，而这些缺陷会对应力集中区域产生影响，导致裂纹形状不规则。
三、应力开裂裂纹的危害和预防措施应力开裂裂纹对工程构件的危害非常大。
一旦出现了明显的断口或者是材料表面出现了明显的开裂现象，则说明该构件已经处于严重损伤状态。
页岩起裂应力和裂纹损伤应力的试验及理论李存宝;谢和平;谢凌志【摘要】In order to study the crack initiation mechanism and damage evolution of shale during the rock progressive failure process,some conventional triaxial compression experiments under different confining pressures were conducted by using shale specimens with different bedding plane dip angles.Based on the inflection points of crack volume strain and specimens' volume strain,the crack initiation stress and crack damage stress were determined respectively.The experiments results indicated that with the constant confining pressure,the inclination of bedding plane had little influence on the crack initiation stress while the dip angle of bedding plane would affect the crack damage stress significantly,which induced that the failure patterns and strength of shale specimens were depended on the inclination of bedding plane.When the dip angle of bedding plane was same,the ratio of crack initiation stress and rock strength elevated with the increase of the confining pressure,but the ratio of crack damage stress and rock strength varied very little.This phenomenon demonstrated that the confining pressure had a significant effect on the crack initiation while had less influence on the crack unstable propagation.The crack initiation mechanism of shale was analyzed based on the compression-shear mixed mode crack in fracture mechanics.The model was verified as reasonable by experimental data.The length of the compression-shear crack was predicted as 0.985 mm by the presentedmodel,which had a good agreement with the existing literatures.The numerical results of the model showed that as the length of the compressionshear crack was over 3 mm,the value of crack initiation stress could be seen independent on the crack length.%为研究页岩在破坏过程中的起裂机制,对具有不同层理倾角的页岩岩样进行了不同围压下的常规三轴压缩实验,基于裂纹体积应变拐点和岩样体积应变拐点分别确定了页岩的起裂应力和裂纹损伤应力.试验结果表明,在相同围压下,层理倾角对页岩岩样的起裂应力大小影响很小,但对裂纹损伤应力的影响较大,这最终导致了页岩破坏模式和破坏强度对层理倾角的依赖性;当层理倾角相同时,随着围压增大,页岩起裂应力与峰值应力的比值变化逐渐增大,而裂纹损伤应力与峰值应力的比值变化很小,说明在层理倾角相同的条件下围压对页岩中裂纹的起裂有显著的影响,而对裂纹的非稳定扩展影响较小;基于断裂力学的压剪裂纹模型解释了页岩的起裂机制,并利用试验数据验证了该模型的合理性;利用该模型预测页岩中含有裂纹的平均长度约为0.985 mm,与现有文献中的结果较吻合;同时该模型的计算结果表明当页岩中的压剪裂纹长度超过3 mm时,裂纹长度对页岩起裂应力的影响不显著.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2017(042)004【总页数】8页(P969-976)【关键词】页岩;起裂应力;裂纹损伤应力;压剪裂纹;起裂机制【作者】李存宝;谢和平;谢凌志【作者单位】四川大学能源安全与灾害力学教育部重点实验室,四川成都610065;四川大学建筑与环境学院,四川成都610065;四川大学能源安全与灾害力学教育部重点实验室,四川成都610065;四川大学建筑与环境学院,四川成都610065;四川大学能源安全与灾害力学教育部重点实验室,四川成都610065;四川大学新能源与低碳技术研究院,四川成都610065【正文语种】中文【中图分类】TD315近年来，针对页岩储层的水力压裂技术得到了长足的发展，但水力压裂技术的实施在大部分情况下均是经验性的，现有的水力压裂模型均无法确定页岩储层裂缝的演化规律[1]。
