苟凯

(西南交通大学力学与工程学院, 成都610031)

微裂纹区对主裂纹扩展的影响

苟凯

(西南交通大学力学与工程学院, 成都610031)

基于Gong推导的主裂纹与微裂纹的理论解，分析了微裂纹区对主裂纹的影响。通过最大周向应力判据，定性和定量地分析了微裂纹区对主裂纹扩展方向的影响。通过计算主裂纹的等效应力强度因子，定性地分析了微裂纹区对主裂纹扩展速率的影响。结果表明：当微裂纹区位于-75°<θ<75°时，微裂纹区增加主裂纹的扩展速率，而位于-150°<θ<-75°和75°<θ<150°时，减弱主裂纹的扩展速率。当微裂纹区位于-30°<θ<30°时，对主裂纹的扩展方向影响不大；当位于30°<θ<115°和-150°<θ<-115°时，主裂纹朝逆时针方向偏转；当位于-115°<θ<-30°和115°<θ<150°时，主裂纹朝顺时针方向偏转。这些结果能够为预测脆性材料的疲劳和断裂行为提供有用的信息。

主裂纹；微裂纹；最大周向应力判据；扩展速率；扩展方向

引言

上世纪以来，人们发现了疲劳和断裂是材料失效的主要原因。因此疲劳断裂问题成为研究工作者的一个重要的关注点，断裂力学由此发展起来。断裂力学主要研究含裂纹材料的力学行为。当构件产生裂纹以后，并不意味着它因此而失效，只要能够对它的力学行为作出准确的判断，那么这个构件还是能够使用的，可以大大节约成本，这也是断裂力学研究的意义所在。

材料在制造和使用过程中，很难避免会有损伤，产生微缺陷，如微裂纹、微杂质等。这些微缺陷对材料的疲劳和断裂行为会产生很大的影响，因此缺陷对裂纹的影响被很多研究者关注[1-4]。另一方面，对于脆性材料，例如混凝土、金属玻璃等，微裂纹增韧机制一直是一个重要的研究领域。微裂纹能够使主裂纹尖端应力集中作用增强，导致裂纹加速扩展，也可以使主裂纹尖端应力集中效果减弱，导致裂纹扩展减速，甚至不再向前扩展。……