[发明专利]应用于岩石材料I型裂纹起裂和扩展过程微观分析方法

摘要

本发明公开了一种应用于岩石材料I型裂纹起裂和扩展过程微观分析方法，该方法包括以下步骤(1)建立SiO2裂纹起裂的微观模型；(2)设置工况，模拟分析裂纹扩展过程，计算裂纹一端区域的平均应力及裂纹总长度；(3)计算裂纹应力强度因子；(4)计算起裂裂纹驱动力；(5)建立微观裂纹扩展平均速率的计算方法；(6)分析不同条件对裂纹起裂和扩展过程的影响规律。本发明的优点是首次提出采用分子动力学模拟岩石材料微裂纹起裂和扩展的过程，建立了微观分子动力学模拟下应力强度因子的计算方法及微观模拟中裂纹扩展速率的计算方法，为深入分析岩石脆裂蠕变等微裂纹扩展全过程及其机理研究提供了理论基础。

主权项

一种应用于岩石材料I型裂纹起裂和扩展过程微观分析方法，其特征在于包括以下步骤：(1)采用LAMMP软件建立SiO2裂纹起裂的微观模型；(2)设置初始模型温度、初始裂纹长度及位移加载速度，模拟分析裂纹扩展过程，并在裂纹扩展路径上取贴近断裂面的相同间距的点，点的个数≥6；根据模拟结果，计算裂纹一端区域的平均应力及裂纹总长度；(3)根据步骤(2)中数据计算裂纹应力强度因子，裂纹应力强度因子按照断裂力学应力强度因子公式来计算：KI=Yσπc]]>其中，KI是裂纹应力强度因子，Y是与裂纹形状和加载方式有关的系数，这里取1.12，σ是A区域平均应力，c是裂纹总长度；(4)根据步骤(3)中数据计算起裂裂纹驱动力，裂纹驱动力的表达式为：GI=-1B∂U∂c=KI2E]]>其中，GI是裂纹驱动力，B是模型宽度，是指系综总势能随着裂纹扩展降低的量，E是弹性模量；(5)建立微观裂纹扩展平均速率的计算方法：在裂纹扩展的方向上选择直径为6倍以上分子长度的圆，圆的个数≥3，通过软件读取每个圆的能量历时变化过程，以及各个点的位移历时变化规律，根据选择圆的能量变化突变计算裂纹扩展平均速率，计算裂纹扩展速率与能量之间的关系；(6)分析不同系综、不同温度、不同加载速率、不同力加载或不同裂纹板厚度对裂纹扩展过程的影响。