基于ABAQUS二次开发的巴西圆盘断裂机理

摘要

本文探讨了通过参数化二次开发AB AQUS软件解决含中心裂纹巴西圆盘开裂问题的方法。研究基于扩展有限元法和最大周向应力准则对裂纹扩展进行了数值模拟，并探究了围压对裂纹扩展、应力强度因子（ZⅠ、ZⅡ）以及T应力的影响。实验结果表明，裂纹从预制裂纹尖端起始，并沿最大周向应力方向扩展。随着裂纹倾角增加，Ⅰ型应力强度因子逐渐减小，Ⅱ型应力强度因子先增后减，而T应力呈增大趋势。此外，围压数值的提高导致试件断裂韧度增强，T应力增大，而ST和VT应力的变化显著。




一、巴西圆盘裂纹扩展的数值模拟

利用ABAQUS进行模型二次开发，模拟含中心裂纹巴西圆盘在不同裂纹倾角β的裂纹扩展过程。通过与试验结果对比，验证了数值模型的准确性。裂纹从裂纹尖端起裂，并沿最大主应力方向扩展直至破坏，符合巴西圆盘试件受载破坏的理论。在后处理阶段，通过对平台压板反作用力载荷的提取，绘制了载荷随时间变化的关系曲线，以检测裂纹萌生和扩展的具体时间点，为后续分析奠定基础。

二、围压对裂纹扩展的影响

对模型施加围压，通过提取围压与载荷的关系，揭示了围压对抑制裂纹扩展能力的影响。围压数值的增加导致裂纹萌生点的即时荷载线性增大，表明围压显著增强了岩体的抗裂性能。

三、裂纹尖端奇异参数分析

通过ABAQUS模拟，获取了裂纹尖端的应力强度因子（ZⅠ、ZⅡ）和T应力值。参数化研究了裂纹倾角、裂纹长度变化对这些参数的影响（图10）；随着倾角的增加，Ⅰ型应力强度因子减小，Ⅱ型应力强度因子呈现先升后降的规律，而T应力值增大。这种变化揭示了裂纹尖端的应力状态随倾角变化的规律。

四、T应力的围压响应

在特定裂纹倾角和裂纹尺寸下，T应力响应围压变化呈现非线性特征，通过对不同围压条件下T应力值的绘制，观察了围压对T应力的影响，发现在连续围压加载下，T应力逐渐增加，表明围压是影响T应力增大的重要因素。

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