玻璃材料破坏过程的数值模拟与分析

《玻璃材料破坏过程的数值模拟与分析》利用断裂力学的研究方法，借助于统计学和现有的数值计算方法，以实验结果为基础来建立数值模型，进行了玻璃材料双向应力状态下断裂失效过程的数值模拟。研究目的即是要搞清玻璃材料在双向应力下的断裂和裂纹扩展究竟受不受平行于裂纹的应力影响。如受到平行于裂纹的应力影响，应变能释放率G、应力强度因子K、J积分和裂纹张开位移δ四个断裂参数在单轴应力下的等效关系在双轴应力下是否还成立?如不成立，那么，玻璃类脆性材料在双轴应力状态下的裂纹扩展由什么参数决定?双向和单向应力下断裂参数有何区别?玻璃材料在双轴应力状态下应遵循何种断裂准则?……研究目的在于检验和探索玻璃材料在双轴应力下的破坏过程，为结构的失效分析提供依据。全书共分6章，内容包括对玻璃材料在双向应力和单向应力下裂纹驱动力参数的关系和差异进行了数值模拟及理论研究，得出在双向载荷下，传统的K-G-J-δ等效关系不再成立的结论。证明了其中的两个参数G和δ与双向应力有关，而另外两个参数K和J与双向应力无关；裂纹张开位移δ更适宜作为处于双向应力状态下材料断裂的评价标准。完成了玻璃材料在单向及双向平面应力状态下的阻力特性研究，并与相关的实验结果取得了较好的一致，表明了数值计算的可靠性。直接观察和演示了玻璃材料的失效全过程及裂纹的启裂、失稳扩展全过程，解决了玻璃材料在双向应力下的断裂和裂纹扩展究竟受不受平行于裂纹的应力影响，及如何影响等问题；进一步研究了在双向应力比λ不同时，玻璃材料断裂力学参数应力强度因子Kic及裂纹张开位移δ的变化规律，进一步证明了双向应力对玻璃断裂及裂纹扩展的影响，也进一步验证了玻璃类脆性材料在双轴应力下的断裂是由裂纹张开位移δ决定的；对单向拉伸下含不同倾斜角度裂纹玻璃材料失效情况进行了数值模拟，重点研究了含不同裂纹角倾斜直通裂纹的玻璃材料试样在单向拉伸下的复合应力效应。证明了在这种情况下裂纹尖端存在的三种类型应力：KI、KII及平行应力对裂纹扩展有不同的作用；研究了玻璃材料的慢裂纹扩展和扩展速度所受双向应力的影响，并讨论这种影响的机理和作用。通过声发射特性的数值模拟得到玻璃类脆性材料在单向及双向应力状态下的亚临界裂纹扩展长度一荷载步曲线，得出平行干裂纹的拉应力对裂纹扩展有一定程度的阻碍作用，而平行于裂纹的压应力对裂纹有驱动效果的结论。在上述研究的基础上，运用研究结果验证了玻璃材料在双轴应力下应用应变断裂准则的可行性。《玻璃材料破坏过程的数值模拟与分析》可供从事玻璃类脆性材料及相关材料力学行为研究的科研和设计工作的科技人员参考使用，也可供高等院校有关专业的教师和研究生参考使用。