动态冲击与准静态加载下节理角度对裂纹扩展行为的影响

王启升 李润鹏 王鑫 邱鹏 雷建银 刘志芳

王启升, 李润鹏, 王鑫, 邱鹏, 雷建银, 刘志芳. 动态冲击与准静态加载下节理角度对裂纹扩展行为的影响[J]. 高压物理学报. doi: 10.11858/gywlxb.20261097
引用本文: 王启升, 李润鹏, 王鑫, 邱鹏, 雷建银, 刘志芳. 动态冲击与准静态加载下节理角度对裂纹扩展行为的影响[J]. 高压物理学报. doi: 10.11858/gywlxb.20261097
WANG Qisheng, LI Runpeng, WANG Xin, QIU Peng, LEI Jianyin, LIU Zhifang. Effects of Joint Angle on Crack Propagation Behavior under Dynamic Impact and Quasi-static Loading[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics. doi: 10.11858/gywlxb.20261097
Citation: WANG Qisheng, LI Runpeng, WANG Xin, QIU Peng, LEI Jianyin, LIU Zhifang. Effects of Joint Angle on Crack Propagation Behavior under Dynamic Impact and Quasi-static Loading[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics. doi: 10.11858/gywlxb.20261097

动态冲击与准静态加载下节理角度对裂纹扩展行为的影响

doi: 10.11858/gywlxb.20261097

Effects of Joint Angle on Crack Propagation Behavior under Dynamic Impact and Quasi-static Loading

  • 摘要: 为揭示节理角度对不同加载下PMMA裂纹扩展行为的影响规律,采用数字激光焦散线系统,结合霍普金森压杆动态冲击和准静态加载下三点弯曲试验,开展了含15°~75° 节理缺陷的实验。结果表明,含节理缺陷试样的裂纹扩展可分为预制裂纹起裂、节理与界面相互作用和裂纹再起裂 3 个阶段。随节理角度增大,阶段 1结束点与阶段3再起裂点之间的距离增加,表明节理角度会改变裂纹-界面附近的相互作用范围。与准静态加载相比,动态冲击加载下裂尖拉—剪耦合作用和应力波扰动更明显,30°节理试样在再起裂阶段的裂纹速度峰值达到638.4 m/s,高于75°节理试样的208.3 m/s。并且在该阶段,Ⅰ型应力强度因子峰值由15°试样的2.31 MPa·m1/2 降至 75° 试样的2.03 MPa·m1/2,Ⅱ型应力强度因子峰值主要出现在低—中角度节理试样中,表明界面再起裂瞬间裂尖附近存在较强的局部剪切扰动。与动态相比,准静态加载下外部载荷输入和裂尖应力积累过程更平缓,裂纹失稳后仍具有动态传播特征,但剪切分量较弱,裂纹扩展更趋于Ⅰ型张开主导。基于盒子维数法的裂纹路径复杂度分析表明,动态冲击加载下裂纹路径分形维数整体高于准静态加载,说明动态载荷更易诱发裂纹偏转、滞留和再起裂等复杂路径演化,其中,30°节理试样分形维数最大,裂纹路径复杂度最高。在裂纹扩展过程中,试件中在节理界面观测到类瑞丽波特征。研究结果表明,节理角度通过改变裂纹-界面作用范围、裂尖拉—剪应力配比和反射波扰动共同影响裂纹扩展行为,可为含缺陷工程结构的断裂响应分析提供参考。

     

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  • 网络出版日期:  2026-06-04

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