以K0I表示裂纹单独存在时的应力强度因子<6>,KI表示该裂纹受到邻近裂纹干扰时的应力强度因子,引入应力强度因子放大系数M=KI/K0I,则:当M>1时表示具有强化效应;M<1时表示屏蔽效应;M=1时表示零效应,即2条裂纹之间的相互作用微乎其微,可看作2条互不相干的孤立裂纹。
无限大平板中2条平行偏置裂纹受均匀分布应力时,型应力强度因子(KI)占主导地位,型裂纹应力强度因子(K)很小,可忽略不计,因此,本文只考虑KI的变化情况。应力强度因子放大系数随水平间距比的变化水平间距比对两裂纹相互作用的影响为2条等长的平行偏置裂纹的应力强度因子放大系数随着裂纹水平间距比s/a2的变化而变化的曲线。
根据上述分析结果,可以将一裂纹周围的空间划分为强化区域和屏蔽区域,区域的分割如所示。
干扰效应区域为a1=a2、裂纹垂直间距比h/a2=1时,几种不同的裂纹水平间距比s/a2下的应力云图。表示了几种典型的两平行偏置裂纹相互作用情况:s/a2=-2时,2条裂纹完全重叠,A端和B端相互作用情况完全相同,且都处于屏蔽区;s/a2=-14时,裂纹内侧A端受到的屏蔽作用最强烈;s/a2=-1时,裂纹内侧A端处于屏蔽区,裂纹外侧B端处于强化区;s/a2=0时,2条裂纹刚好发生重叠,裂纹内侧A端和裂纹外侧B端都处于强化区,且被强化的程度都不大;s/a2=1时,裂纹内侧A端和裂纹外侧B端都处于强化区,且裂纹内侧A端被强化的程度大于裂纹外侧B端。
垂直间距比对两裂纹相互作用的影响为裂纹垂直间距比h/a2对应力强度因子放大系数影响的变化曲线。由可知:当2条裂纹的水平间距比s/a2大于0时,随着裂纹垂直间距比h/a2的增加,应力强度因子放大系数先增大后减小最终进入零效应区,应力强度因子放大系数达到最大值时的h/a2是随着s/a2的减小而减小的,且裂纹内侧A端所受的干扰程度明显大于裂纹外侧B端;随着s/a2的减小,应力强度因子放大系数达到最大值时的h/a2减小为0,即表现为M值随着h/a2的增大而减小,最终因干涉效应的减弱进入零效应区;当2条裂纹深度重叠时,裂纹内侧A端的应力强度因子放大系数随着h/a2的增加始终增大,但在数值上均表现为屏蔽效应。垂直间距比h/a2越小,干扰效应越强烈,随着h/a2的增大,干扰效应减弱。当h/a2很大时,即使裂纹水平间距比s/a2很小,2条裂纹的干扰效应也很微弱,可忽略不计。
裂纹长度比对两裂纹相互作用的影响为2条不同长度的平行偏置裂纹在h/a2=2时裂纹CD对裂纹尖端A的干扰及其影响情况。由可知:2条等长裂纹的相互作用效应最为显著,因此,当裂纹长度情况比较复杂时,可以用等长裂纹的应力强度因子放大系数代替,是的。
结论本文应用FRANC2D软件对含两裂纹的平板进行了有限元计算,分析了两平行偏置裂纹的相互作用及其影响情况,并对GB/T196242004<5>中的非共面的两穿透裂纹的合并条件进行了讨论,结论如下:1)两平行偏置裂纹不仅有强化效应,还会产生屏蔽效应。当s/a2较大时,裂纹处于零效应区;随着s/a2的减小,裂纹处于强化区;随着s/a2的进一步减小,裂纹内侧首先进入屏蔽区,此时裂纹外侧仍然被强化;两裂纹深度重叠时,裂纹外侧也开始进入屏蔽区,裂纹内侧在s/a2=-14时所受的屏蔽效应最明显。
2)h/a2对应力强度因子的影响因s/a2的不同表现为3种不同的变化规律。当s/a2较大时,随着h/a2的增加,应力强度因子放大系数M先增大后减小最终进入零效应区;随着s/a2的减小,M值随着h/a2的增大而减小,最终因干涉效应的减弱进入零效应区;当两裂纹深度重叠时,裂纹内侧M随着h/a2的增加始终增大但均为屏蔽效应。同时,干扰效应随着h/a2的增大而减弱。