求助关于用workbench做裂纹扩展的软件知识

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一、动态裂纹产生与扩展的理论分析

在外力作用下，材料的破坏过程一方面是由于材料内部已存在的裂纹被激活扩展，另一方面材料内部的应力超过了材料的抗拉或抗剪强度而导致材料被拉断或剪坏。对于岩石等抗压强度远远大于抗拉和抗剪强度的脆性材料，破坏的主要形式为拉伸破坏和剪切破坏。

材料的破坏过程是裂纹在外力作用下不断产生、聚集和汇合的过程。在流形程序中采用不同的标准判断新裂纹的起裂和已存在裂纹的扩展。对于已存在的裂纹的是否扩展采用断裂力学的应力强度因子判据；对于新裂纹的起裂，采用摩尔—库仑准则作为裂纹起裂的判据，其判断方法如下（Guo-xin Zhang et al.，1999；Zhang G X et al.，1997，1999）：

（1）当第一主应力大于材料的抗拉强度时，材料被拉伸破坏，产生新裂纹；

（2）当最大切应力大于材料的抗剪强度时，材料被剪切破坏，产生新裂纹。

若用σ1、σ3分别表示第一和第三主应力，则以上判断标准可以表示如下：

拉伸破坏：σ1=T0。

当出现以下两种情况时材料出现剪切破坏：

岩石断裂与损伤

其中：T0为材料抗拉强度；C为黏结力；φ为摩擦角。

当材料中产生了初始裂纹后，裂纹的扩展方向和扩展判据问题就可以根据断裂力学中相应的理论，即式（12-13）和式（12-17）来进行计算和判断。

二、对大变形及接触问题的处理

当材料在外力作用下产生裂纹后，裂纹就会把岩石切割成相应的块体，这些块体在外力的作用下将产生运动，在对块体运动过程的模拟中，一定要保证块体之间无嵌入和无拉伸，这一过程是通过反复的开-合迭代，即在可能接触的边界之间施加和移去d簧来实现的。块体间在边界处有张开、锁定和滑移三种状态，当边界从张开发展到锁定时加法向和切向d簧；当边界从滑动到锁定时加切向d簧；当边界之间滑动时在边界两侧加摩擦力，从而对刚度矩阵作出修正，并计算接触力叠加于本次计算的平衡力列阵中，参加下一次迭代计算。

三、算例分析

下面通过Hopkinson破裂试验模拟算例对冲击载荷作用下动态裂纹的产生、扩展及裂纹贯通后形成的块体运动过程进行模拟。

应力波在传播过程中如果遇到自由面，则入射的压缩波经反射后会形成拉伸波。同时这些反射回来的拉伸波将与入射压缩波的后续部分相互作用，其结果将有可能在自由表面附近产生拉应力，如果所产生的拉应力达到或超过了材料的动态断裂强度，则将引起材料的破坏，当破坏比较严重时，整块的裂片便会携带其中的动量而飞散。这种由于压应力在自由表面反射造成的动态断裂称为剥落或破裂。这种破裂现象主要发生在拉伸强度远低于其抗压强度的材料，如岩石、混凝土等。最早发现这种动态剥落现象的是Hopkinson，因此这种破坏现象也称为Hopkinson破裂（戴俊，2002）。破裂过程如图12-10所示，在材料的一端施加一爆炸载荷，则在它的另一端将产生如图所示的剥落现象。

图12-10 Hopkinson动态破裂试验

取计算模型如图12-11（a）所示，岩石杆长为3m，宽为0.3m。杆左端施加一沿整个端面均匀分布的冲击三角波载荷来模拟爆炸产生的荷载，冲击载荷的升压时间为80μs，降压时间为220μs，整个荷载作用时间为300μs，载荷的最大峰值压力为108Pa。材料的动态d性模量E=30GPa，动态泊松比为0.10，密度为2164kg/m3，材料的摩擦角、黏结力和动态抗拉强度分别取为：60°、2.9MPa和4.0MPa，动态断裂韧性为：0.05MN/m3/2。计算结果如图12-11（b）所示。

以入射三角波为例来说明产生Hopkinson破裂的力学原因，假设其应力峰值为σ0，图12-12中所示的是波已经反射三分之一波长的瞬间，反射波向左运动与入射应力波的部分叠加而合成为拉伸应力AB，若此时的合成拉伸应力大于或等于材料的抗拉强度时，材料就会被拉断，形成剥落（戴俊，2002；宋守志，1989）。如果设该三角波的波长为λ，应力波传播速度为C0，则在任一时刻t（t是从应力波到达自由面后开始反射的瞬间计时）合成后的应力值为

岩石断裂与损伤

若假设材料的动态断裂强度为σtd，则当时，产生首次破裂，由此可求出首次出现破裂的时间t（从反射开始计时）和层裂片厚度δ分别为

岩石断裂与损伤

将模型参数代入式（12-37）计算得：t=0.06ms，加上应力波从杆端传到尾部的时间0.8ms，考虑应力波增压段的时间0.22ms，可得到首次出现破裂的时间为1.026ms，而计算结果为1.1ms，二者的结果很接近。同理，可计算出裂片的厚度δ=0.23m，而计算结果中，首次出现裂纹的位置距右端面的距离为0.25m，所以二者的结果也很接近。上述计算说明数值流形方法的模拟结果与理论分析和试验结果是比较吻合的。

对Hopkinson破裂试验的模拟结果表明，数值流形方法可以模拟介质在外力作用下连续变形和不连续变形，且计算效率高。

图12-11 模型及计算结果示意图

图12-12 三角波从自由面反射时的应力叠加

装修是一个非常注重细节的问题。如果装修不好，将给未来带来很多不便。在许多情况下，如果墙壁处理不当，会在后期造成墙体裂缝。许多家庭都可以看到类似的问题。让我们来看看外墙墙面裂纹修补程序，或许对您以后的装修有所帮助。

一、外墙墙面裂纹修补程序 墙面出现裂纹怎么办

一般来说，墙上会出现裂缝：一是由建筑物本身的结构问题引起的另一种是使用劣质乳胶漆等劣质装饰材料造成的或者通过非标准的施工技术，例如1.墙壁绝缘板和板之间的间隙中的裂缝 2.墙壁开槽，线槽灰收缩裂缝腻子腻子的应力不均匀裂缝。

二、外墙墙面裂纹修补程序

1、对于小墙壁裂缝，只需使用与墙壁相同的涂料再次涂漆。注意涂料的稀释比例。稀释时，加少量水，比正常浓稠一点。一些，这可以增加油漆的粘度和遮盖力，均匀地搅拌油漆，然后油漆。绘画方法也很重要。在平涂过程中，刷子在裂缝处垂直向下压，使涂料渗入墙面裂缝，然后将墙面均匀涂成平面。裂缝完成后，经过一到两天，油漆完全干燥，感觉没有水分，然后是第二次。

2、对于较大的裂缝，我们必须提前放一层腻子。小包装的腻子粉非常便宜。可以从建材市场购买两三元。首先将水加入腻子，然后用腻子填充裂缝。在腻子干燥后，用砂纸打磨墙壁，然后刷漆两次。

3、如果墙上有裂缝，必须进行特殊处理。否则，即使腻子被刮掉，它也会再次破裂：将每个裂缝刮成V形，吹浮土清洁，用石膏粉填充裂缝，干燥后用牛皮纸胶带密封，然后刮去腻子。

4、对于大面积的墙体裂缝，它更麻烦。如果它不是墙壁问题，我们可以采取一种方法，在墙壁上粘贴一层好的织物或纸带，然后涂上腻子，然后涂上它。这里建议您不要自己动手，最好找专业人士来处理。

以上就是墙面出现裂纹及外墙墙面裂纹修补程序的具体过程，希望对您有所帮助。

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