紧凑拉剪试验应力强度因子公式分析

Ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ( Ｎｏ. ５０７７１０５２ꎬ ５０９７１０６８ꎬ １１２７２１４１) .
Ｍａｎｕｓｃｒｉｐｔ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ２０２０１１２０ꎬｉｎ ｒｅｖｉｓｅｄ ｆｏｒｍ ２０２０１２１９.
Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６５８０ꎬ Ｃｈｉｎａ)
(２. Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｓｈｉｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｆｕｓｈｕｎ １１３００１ꎬ Ｃｈｉｎａ)
(３. ＣＮＰＣ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙꎬ Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００２９ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｓｔｒｅｓｓ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｆａｃｔｏｒｓꎻ Ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ( ＸＦＥＭ) ꎻ Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄꎻ ＣＴＳ ｔｅｓｔ
Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ: ＸＩＥ ＹｕＪｕｎꎬＥ￣ｍａｉｌ: ｙｊｘｉｅｆｓ＠ ｑｑ.ｃｏｍ
紧凑拉剪试验应力强度因子公式分析 ∗
ＡＮＡＬＹＳＩＳ ＴＨＥ ＦＯＲＭＵＬＡ ＯＦ ＳＴＲＥＳＳ ＩＮＴＥＮＳＩＴＹ ＦＡＣＴＯＲＳ
ＦＯＲ ＴＨＥ ＣＯＭＰＡＣＴ ＴＥＮＳＩＯＮ ＳＨＥＡＲ ＴＥＳＴ
袁玮骏 ∗∗１ꎬ２ 谢禹钧 ∗∗∗２ 程志飞３
(１. 中国石油大学 ( 华东) 储运与建筑工程学院ꎬ 青岛 ２６６５８０)
ｆｏｒｍｕｌａ ａｐｐｅａｒｅｄ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｏｒｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈꎬ ｉｔ ｉｓ ｖｅｒｙ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ＳＩＦｓ ｆｏｒ
ｔｈｅ ＣＴＳ ｔｅｓｔ. Ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｆｏｒｍｕｌａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ＳＩＦｓ‘ ｃｕｒｖｅ ｉｎ Ｒｉｃｈａｒｄ’ ｓ ｏｒｉｇｉｎａｌ
中图分类号 ＴＧ１１５ ５ ＋ ６
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ Ｃｏｍｐａｃｔ Ｔｅｎｓｉｏｎ Ｓｈｅａｒ ( ＣＴＳ) ｓｐｅｃｉｍｅｎ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂｙ Ｒｉｃｈａｒｄ ｉｓ ａ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｔｅｓｔ ｔｙｐｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｍｉｘｅｄ Ｍｏｄｅ￣
Ｉ / ＩＩ ｌｏａｄｉｎｇ. Ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｆａｃｔｏｒｓ ( ＳＩＦｓ) ｆｏｒ ｔｈｅ ＣＴＳ ｔｅｓｔ ｈａｓ ａｌｒｅａｄｙ ｇｉｖｅｎ ｂｙ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ. Ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ
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Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ
２０２１ꎬ ４３(３) :７２６￣７３０
ＤＯＩ: １０ １６５７９ / ｊ.ｉｓｓｎ.１００１ ９６６９ ２０２１ ０３ ０３１
ＳＩＦｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｉｎ Ｒｉｃｈａｒｄ’ ｓ ｏｒｉｇｉｎａｌ ａｒｔｉｃｌｅｓ. Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｈｅ ＳＩＦｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａｓ ａｐｐｅａｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｓ ａｎｄ
ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ( ＸＦＥＭ) ｂｙ Ａｂａｑｕｓ. Ｆｉｎａｌｌｙꎬ ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ＳＩＦｓ ｆｏｒ ＣＴＳ ｔｅｓｔ ｃａｎ ｂｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ.
摘要 Ｒｉｃｈａｒｄ 提出的紧凑拉剪试验( ＣＴＳ) 是较常用的 Ｉ、ＩＩ 复合型加载试验类型ꎬ相关文献已经给出 ＣＴＳ 试验对应
的应力强度因子公式ꎮ 由于该公式在之后的研究中出现多种不同形式ꎬ因此确定正确的 ＣＴＳ 试验应力强度因子公式是
十分必要的ꎮ 针对目前文献中出现的多种 ＣＴＳ 试验应力强度因子公式ꎬ通过与原文曲线进行比较并确定公式ꎮ 为进一
开裂情况ꎬ所以在研究材料应力强度因子、断裂韧性、
引言
Ｒｉｃｈａｒｄ Ｈ Ａ 等提出的紧凑拉剪试验( ＣＴＳ) 是目
前常用的 Ｉ、ＩＩ 复合型加载试验类型
[１]５５￣５８[２￣３]
( 如图 １
所示) ꎬ由于该试验可以较好的反应 Ｉ、ＩＩ 复合型裂纹
步验证应力强度因子公式的正确性ꎬ将聚苯乙烯( ＧＰＰＳ) 板加工成 ＣＴＳ 试件并进行试验ꎬ取得断裂载荷峰值ꎮ 将多个公
式计算的应力强度因子与利用扩展有限元法( ＸＦＥＭ) 计算的应力强度因子进行比较ꎬ最终确定适用于 ＣＴＳ 试验的应力
强度因子公式ꎮ
关键词 应力强度因子 ＸＦＥＭ 有限元 ＣＴＳ 试验
(２. 辽宁石油化工大学 机械工程学院ꎬ 抚顺 １１３００１)
(３. 中国石油集团工程有限公司北京项目管理分公司ꎬ 北京 １０００２９)
ＹＵＡ
ＣＨＥＮＧ ＺｈｉＦｅｉ ３
(１. Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｉｐｅｌｉｎｅ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ( Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ) ꎬ
ａｒｔｉｃｌｅｓꎬ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｓ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ＳＩＦｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ＣＴＳ ｔｅｓｔ ｉｎ Ｒｉｃｈａｒｄ’ ｓ ｏｒｉｇｉｎａｌ ａｒｔｉｃｌｅｓ. ＣＴＳ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｍａｄｅ ｆｒｏｍ
ｇｅｎｅｒａｌ￣ｐｕｒｐｏｓｅ Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅｓ ( ＧＰＰＳ) ｕｎｄｅｒ ｍｉｘｅｄ Ｍｏｄｅ￣Ｉ / ＩＩ ｌｏａｄｉｎｇ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａｓ ｏｆ