弹性-粘塑性材料Ⅰ型动态扩展裂纹尖端场的渐近解

提出了一种新的弹性-粘塑性模型用于分析Ⅰ型动态扩展裂纹尖端的应力应变场.给出了适当的位移模式,推导了渐近方程并且给出了数值解.分析和计算表明:对于低粘性情况,裂纹尖端场具有对数奇异性;对于高粘性情况,渐近方程无解.分析比较表明该结果具有高玉臣提出的单参数解的所有优点,并且消除了粘性区随裂纹扩展而移动的不足.     

动态裂纹尖端的单参数粘塑性场

本文给出一种弹性-粘塑性本构模型代替了通常的弹塑性模型,假定在趋向裂纹尖端时粘性系数趋向于零,即η=η0r,对动态裂纹的尖端场进行了渐近分析.文中给出了适当的位移模式并得到了单参数解.对不同的Mach数和粘性系数作丁数值计算。基于这种渐近解提出一种断裂准则并讨论了裂纹扩展的稳定性.     

弹性-应变软化粘塑性材料反平面剪切动态扩展裂纹尖端的渐近解*

本文首先给出了一种用于描述材料软化,并存在有粘塑性的材料模型.用这种模型对反平面剪切型动态扩展状态下,裂纹尖端的弹粘塑性场进行了渐近分析,给出了弹性－应变软化粘塑性材料反平面剪切动态扩展裂纹尖端的渐近解方程.分析结果表明,在裂纹尖端应变具有(ln(R/r))1/(n＋1)的奇异性,应力具有(ln(R/r))-n/(n＋1)的奇异性.从而本文揭示了应变软化粘塑性材料反平面剪切动态扩展裂纹尖端的渐近行为.     

适合裂尖穿越界面行为分析的断裂模拟方法研究

分析了线弹性断裂力学在模拟裂尖垂直穿越弹性界面行为时存在的理论缺陷;对理想化的层状弹性材料,采用内聚力模型研究了界面前方材料的内聚强度对裂尖穿越界面行为的影响;根据有限元计算结果,讨论了内聚力模型与线弹性断裂力学在模拟裂纹垂直于界面扩展时的差别.计算结果显示,界面前方材料的内聚强度大小对裂尖穿越界面行为有重要影响,是导致内聚力模型与线弹性断裂力学模型计算结果差异的关键因素.计算结果分析表明:研究复杂材料中裂纹扩展行为时,不仅需要一个基于能量的断裂准则,还需要补加一个强度准则,内聚力模型在理论上符合这一要求.     

弹性—粘塑性材料I型动态扩展裂纹尖端场的渐近解

提出了一种新的弹性－粘塑性模型用于分析I型动态扩展裂纹尖端的应力应变场。给出了适当的位移模式，推导了渐近方程并且给出了数值解。分析和计算表明：对于低粘性情况，裂纹尖端场具有对数奇异性；对于高粘性情况，渐近方程无解。分析比较表明该结果具有高压臣提出的单参数解的所有优点，并且消除了粘性区随裂纹扩展而移动的不足。     

复合材料桥纤维拔出问题的动态裂纹模型

在一无限的正交各向异性体的弹性平面上,对具有桥纤维平行自由表面的一个内部中央裂纹,进行了弹性分析．提出了复合材料桥纤维拔出的一个动态模型．由于纤维破坏是由最大拉应力支配,纤维断裂并且裂纹扩展将以自相似的方式出现．通过复变函数的方法将所讨论的问题转化为Reimann-Hilbert混合边界值问题的动态模型,呈现一简单的和容易的解．求得了正交异性体中扩展裂纹受运动的阶梯载荷、瞬时脉冲载荷作用下问题的解析解,并利用这一解,通过迭加最终求得该模型的解．     

反平面剪切动态扩展裂纹尖端的弹-粘塑性场

采用Bingham弹性-粘塑性模型对反平面剪切动态扩展裂纹尖端的应力应变场进行了渐近分析．给出了适当的位移模式、推导了渐近方程并且给出了数值解．分析和计算表明对于低粘性情况,裂纹尖端场具有对数奇异性．对于高粘性情况,裂纹尖场具有幂奇异性A·D2对于临界情况,两种奇异性可以相互转换．揭示了粘性在裂纹尖端场研究中的重要作用．     

纯弯曲矩形截面梁Ⅰ型单边裂纹端部的应力应变场及裂纹失稳扩展临界应力的计算

本文应用文[1]的分析方法,研究了纯弯曲矩形载面梁Ⅰ型单边裂纹端部的应力应变场,给出了裂纹尖端的应力应变分量和计算裂纹端部弹性变形区和变形强化区宽度的公式以及计算裂纹失稳扩展临界应力的方程组。最后用计算实例对裂纹失稳扩展临界应力方程组进行了验证,最大误差不超过0.18%.     

用位移非协调广义变分原理解含裂纹体的圣维南扭转问题

本文根据钱伟长教授的弹性力学小位移非协调元的广义变分原理[1]采用裂纹尖端奇异元素[2]及本文作者给出的八节点等参数环绕元素,对含有径向纵裂纹的圣维南扭转问题进行了有限元分析,并与参考文献[2]的计算结果进行了比较,计算结果表明,用本文提供的方法,在自由度很低的情况下,就可得到相当满意的收敛解答.     

关于裂纹稳定扩展过程的数值模拟与一种非线性断裂准则

本文采用增量有限元数值法,建立了增量方程,并应用裂纹顶端临界张开角准则,实现了从起裂到失稳整个裂纹扩展过程的数值模拟,揭示了裂纹稳定扩展过程中一些复杂的力学现象.为了比较,文中还计算了J积分的数值,表明它不能作为裂纹稳定扩展过程的控制参数,认为选取裂纹顶端张开角准则是适当的.     

基于光滑扩展有限元的平板裂纹参数不确定性反求

裂纹位置和尺寸等是工程监测需掌握的非常重要的信息.光滑扩展有限元是近年来发展起来的一种模拟裂纹的有效方法,即使采用极度不规则单元仍可获得精确的模拟结果,无需单元"质量"要求.因此在单元自动划分方面具有突出的优势,这一特点也使得该方法适用于裂纹反求过程的实时调用和含裂纹仿真模型的网格自动划分.研究基于光滑扩展有限元的不确定反求方法,用于识别平面弹性板中直裂纹位置和尺寸参数,即采用光滑扩展有限元法进行拉伸工况的正问题分析,通过测量平板边缘的节点位移建立优化模型,调用遗传算法实现裂纹参数的反求.反求过程中将材料的弹性模量和Poisson(泊松)比作为区间不确定变量,采用一阶Taylor(泰勒)公式实现了平板裂纹参数的不确定性反求.     

理想弹塑性Ⅲ型扩展裂纹的全新和精确分析

本文采用线场分析方法对理想弹塑性Ⅲ型准静态扩展裂纹进行了分析.本文的意义在于突破了小范围屈服理论的限制.通过求得裂纹线附近塑性区应力和位移率的通解,并将此通解(而不是过去一直采用的特解)与弹性场的精确解(而不是线弹性奇异K场)在裂纹线附近的弹塑性边界上匹配,本文得出了裂纹线附近塑性区的应力变形场、塑性区的长度及弹塑性边界的单位法向量的全新和精确解答.本文的分析放弃了小范屈服理论的所有近似假定并且不再附加任何其它的近似假定,本文的结果在裂纹线附近是足够精确的.本文的结果表明:对理想弹塑性Ⅲ型准静态扩展裂纹,不存在“定常扩展状态”,且裂纹线附近塑性应变不存在奇异性.本文还对裂纹稳定扩展过程讨论了两种重要情形.     

弹粘塑性材料中Ⅲ型动态扩展裂纹尖端场的构造研究

采用弹牯塑性力学模型,对弹粘塑性材料中Ⅲ型动态扩展裂纹尖端场进行了渐近分析.在线性硬化条件下,裂纹尖端的应力和应变场具有相同的幂奇异性,奇异性指数由材料的粘性系数唯一确定.数值计算结果表明,运动参量裂纹扩展速度本身对裂尖场的分区构造影响很小.材料的硬化系数主导裂尖场的分区构造,但二次塑性区对裂尖场的影响较小.材料的粘性主导裂纹尖端应力和应变场的强度.同时对裂尖场的构造有一定影响.当裂纹扩展速度为0时,动态解退化为相应的准静态解;当硬化系数为0时,线性硬化解还原为相应的理想塑性解.     

人体胫骨骨裂三型耦合裂纹数值模拟研究

采用断裂力学的最大周向应力理论对人体胫骨复合型裂纹进行分析,建立Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型耦合裂纹数学模型,提出一种计算裂纹开始扩展临界状态时所对应的位移和应力的有限元计算方法,对三型耦合裂纹位移进行仿真分析.研究工作对加强骨病探伤,提高裂纹检测技术水平,及时发现裂纹失稳及扩展情况,尽量减少裂纹对骨结构的破坏,有积极推动作用;对解决我国骨结构非线性断裂问题具有重要的理论指导意义和实际应用价值.     

各向异性材料动态裂纹扩展特性和动态应力强度因子

基于各向异性材料力学,研究了无限大各向异性材料中Ⅲ型裂纹的动态扩展问题．裂纹尖端的应力和位移被表示为解析函数的形式,解析函数可以表达为幂级数的形式,幂级数的系数由边界条件确定．确定了Ⅲ型裂纹的动态应力强度因子的表达式,得到了裂纹尖端的应力分量、应变分量和位移分量．裂纹扩展特性由裂纹扩展速度M和参数alpha反映,裂纹扩展越快,裂纹尖端的应力分量和位移分量越大;参数alpha对裂纹尖端的应力分量和位移分量有重要影响．     

畴极化转动对多晶铁电材料断裂特性的影响

主要基于细观力学方法揭示了畴极化转动对多晶铁电陶瓷的各向异性断裂特性的平均影响。首先,用Eshelby-Mori-Tanaka理论和统计模型分析了无穷大铁电材料体中一椭球夹杂的内、外电弹性场,得到畴极化转动对电弹性场的平均影响;其次,推导了等效多晶铁电陶瓷中含一钱币状裂纹的裂纹扩展力(能量释放率)G_ext,并用它估计了畴极化转动对多晶铁电陶瓷断裂特性的影响。对BaTiO₃陶瓷中裂纹扩展力的计算结果表明,对多晶铁电材料断裂特性分析必须考虑畴极化转动的影响。计算结果得出了与实验相一致的结论:在受较小的力时,外加电场对裂纹扩展产生较大的影响,而且在某种程度上能促进了裂纹扩展。     

带复合型摩擦裂纹的圆盘动态断裂实验有限元分析

为验证考虑裂纹面接触和动态荷载时,中心裂纹巴西圆盘（CCBD）试件用于分离式Hopkinson压杆（SHPB）系统中测量脆性材料复合型动态断裂韧度的可行性,以及研究裂纹面接触对动态断裂韧度实验结果的影响.通过有限元法建立SHPB CCBD三维有限元模型,计算了不同加载条件下CCBD试件的动态应力强度因子（DSIF）.结果表明:在实验中,将考虑裂纹面接触的应力强度因子(SIF)准静态公式推广为动态公式,需要判定断裂时间是否达到应力平衡的时间条件;压剪复合型加载时,裂纹面接触导致裂纹面应力变化,会对Ⅱ型裂纹的DSIF产生显著影响,不考虑裂纹面接触的影响将会导致Ⅱ型DSIF的测试值偏大.     

求解层间界面反平面剪切破坏的剪切梁模型(Ⅰ)——基本特性

在反平面剪切载荷及侧压力共同作用下引起的裂纹及裂纹扩展导致的层间界面失效,是岩土工程层间界面及砌体结构中界面层上典型的失效方式.运用弹性力学和断裂力学的理论原理,提出了能够反映上述层间界面断裂失效问题力学特性的剪切梁模型.文中采用具有应力软化特性的“粘性裂纹”(内聚力裂纹)模型来表述层间裂纹前方损伤过程区的本构行为.对通过粘性层结合在一起的两个弹性板,在反平面剪切载荷及侧压力共同作用下的力学行为作了解析分析计算,研究了层间界面裂纹扩展规律.     

裂纹尖端场弹塑性分析的加权残数法及塑性应力强度因子的计算

本文以幂强化材料,平面应变情形为例,系统地提出了裂纹尖端场弹塑性分析的加权残数法,并根据此法,得出了裂纹尖端场的解析式弹塑性近似解.在此基础上.对整个裂纹区域,构造了弹塑性解叠加非线性有限元计算塑性应力强度因子的方法,从而为裂纹尖端场和整个裂纹体的分析和计算,提供了一个方法.     

求解双材料裂纹结构全域应力场的扩展边界元法

在线弹性理论中,复合材料裂纹尖端具有多重应力奇异性,常规数值方法不易求解.该文建立的扩展边界元法(XBEM)对围绕尖端区域位移函数采用自尖端径向距离r的渐近级数展开式表达,其幅值系数作为基本未知量,而尖端外部区域采用常规边界元法离散方程.两方程联立求解可获得裂纹结构完整的位移和应力场.对两相材料裂纹结构尖端的两个材料域分别采用合理的应力特征对,然后对其进行计算,通过计算结果的对比分析,表明了扩展边界元法求解两相材料裂纹结构全域应力场的准确性和有效性.