A New Method for Predicting Double-Crack Propagation Trajectories of Brittle Rock

断裂力学 材料科学 叠加原理 脆性 剪切(地质) 极限抗拉强度 裂纹扩展阻力曲线 聚结(物理) 裂缝闭合 机械 结构工程 复合材料 数学分析 数学 物理 工程类 天体生物学
作者
Qian Shen,Qiu-hua Rao,Quan Zhang,Zhuo Li,Dongliang Sun,Wei-Jian Yi
出处
期刊:International Journal of Applied Mechanics [World Scientific]
卷期号:13 (02): 2150026-2150026 被引量:10
标识
DOI:10.1142/s1758825121500265
摘要

Multi-crack propagation is investigated mainly by experimental measurement and little by theoretical prediction. The classical fracture criteria can better predict tensile fracture under arbitrary loading conditions (pure tensile, pure shear and mixed-mode), but have difficulty in predicting shear fracture. In this paper, Mode I and Mode II SIFs of branch-cracks initiated by the original cracks were calculated by the complex function and superposition method, and a new theory of multi-crack propagation was established based on the criterion of maximum tensile-shear SIF ratio. Theoretical results of two collinear cracks under uniaxial compression show that the cracks initiate more easily at [Formula: see text] (the crack inclination angle) than other angles. Coalescence of branch-crack only occurs at [Formula: see text] with the maximum crack propagation length. Peak stress [Formula: see text] reaches minimum when [Formula: see text] (inner friction angle of rock), and the larger the [Formula: see text], the closer to the compressive strength of rock the [Formula: see text]. Mechanism of the crack initiation and propagation are all Mode I under uniaxial compression. Uniaxial compressive test results of red sandstone (the rock material is assumed to be homogeneous) pre-cracked specimens agree well with predicted results of the crack initiation, stable and unstable propagation, which can prove the validity of the new multi-crack propagation prediction method.
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