含内聚裂纹弹性体的能量释放率与断裂能

根据内聚裂纹模型,含裂纹的弹性体在裂纹尖端附近存在一内聚区,内聚区断裂参数表达是其核心研究内容.该文假定弹性平板直线裂纹尖端存在一带状内聚区,并由一条虚拟线裂纹代替,其张开位移与内聚力存在确定的非线性函数关系.以Ⅰ型边裂纹为例,导出了满足虚拟裂纹条件的解析解;在此基础上给出了物理裂纹尖端扩展的能量释放率G_a、内聚裂纹尖端扩展的能量释放率G_b的计算公式;讨论了G_b,J积分和断裂能G_F之间的关系;从理论上证明了临界能量释放率G_bc就是断裂能G_F,G_bc可以作为含内聚区材料裂纹失稳扩展的断裂参数.提出的方法适用于所有含Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型内聚裂纹的弹性体.     

玻璃态高聚物损伤断裂的非平衡统计理论

从细观层次的微裂纹在银纹内扩展模型出发,结合断裂力学与断裂动力学描述了裂尖前缘银纹质断裂所引起的微裂纹扩展动力学过程.把银纹几何结构和力学参数引入到微裂纹演化方程中,得到了随时间演化的微裂纹尺寸统计分布函数,并给出了微裂纹尺寸矩生成函数与任意阶宏观损伤函数.若微裂纹之间不存在相互作用且微裂纹在材料内部随机取向时,推导出了玻璃态高聚物的断裂几率及可靠性的普遍解析表达式.当微裂纹数目较大时,得到了断裂几率的极限形式——Gumbel分布及平均断裂强度与方差.     

压电压磁复合材料中一对平行裂纹对弹性波的散射

利用Schmidt方法对压电压磁复合材料中一对平行对称裂纹对反平面简谐波的散射问题进行了分析,借助富里叶变换得到了以裂纹面上的间断位移为未知变量的对偶积分方程．在求解对偶积分方程的过程中,裂纹面上的间断位移被展开成雅可比多项式的形式,最终获得了应力强度因子、电位移强度因子、磁通量强度因子三者之间的关系．结果表明,压电压磁复合材料中平行裂纹动态反平面断裂问题的应力奇异性与一般弹性材料中的动态反平面断裂问题的应力奇异性相同,同时讨论了裂纹间的屏蔽效应．     

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.     

圆形杂质对裂纹扩展的影响

在单轴拉伸载荷作用下，运用分布位错方法对无限大平面内含有一个裂纹和一个任意方向的杂质问题进行求解，得到了裂纹尖端的应力强度因子、应力场以及应变能密度.利用最小应变能密度因子准则来判断裂纹扩展方向.结果显示:软杂质对裂纹尖端应力强度因子、应变能密度和应力场有增强作用，而硬杂质则具有屏蔽作用.在 -30°<θ<30°范围内，杂质对裂纹扩展方向的影响较小，而在 -90°<θ<-30°或30°<θ<90°范围内，杂质对裂纹扩展方向的影响较大.软杂质对裂纹扩展有吸引作用，而硬杂质具有排斥作用.     

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．     

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%.     

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.     

混凝土材料裂纹尖端损伤带尺寸特性*

本文采用作者研究各向异性材料裂纹尖端塑性区特性的分析方法,研究了混凝土材料裂纹尖端损伤带尺寸特性.基于单轴应力假定,考虑了混凝土材料的非线性软化特性等影响,提出用两种分析模型:即能量模型和断裂模型来分别讨论.最后,还对这些模型作了比较.     

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。中采用具有应力软化特性的“粘性裂纹”（内聚力裂纹）模型档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。     

半无穷大裂纹端部粘聚力分析

准脆性材料裂纹端部断裂过程区粘聚力是导致非线性断裂特性的重要原因,根据准脆性材料的断裂特性,对存在粘聚力分布的半无穷大裂纹力学分析模型,由变形叠加原理得到以该粘聚应力分布为未知函数的积分方程,通过对积分方程的分析推证,得到了该分布函数解的数学结构和级数型表达式;提出了由实际裂纹张开位移,确定裂纹端部粘聚力分布函数的两种方法:其一由连续的裂纹张开位移通过积分变换求解未知函数级数展开项的系数,其二是由离散的裂纹张开位移数据通过最小二乘法确定该函数;推导出了相应方法求解未知量的代数方程,并且给出了适当的算例和讨论。     

基于裂纹尖端二阶弹性解的断裂过程区尺度

基于Westergaard应力函数裂纹尖端二阶弹性解,推导了裂纹尖端微裂区的轮廓线和特征尺寸的解析表达式;采用幂函数模型描述的拉应变软化模型,确定了在最大拉应力强度理论和最大拉应变强度理论下断裂过程区（FPZ）临界值的解析表达式;将基于Westergaard应力函数一阶弹性解及二阶弹性解、Muskhelishvili应力函数和Duan-Nakagawa模型确定的FPZ临界值进行了比较．结果表明裂纹尖端微裂区和FPZ临界值随着Poisson比的减小而增加并逐渐趋近于应用最大拉应力强度理论确定的结果;二阶弹性解确定的裂纹尖端微裂区和FPZ临界值大于一阶弹性解的值;FPZ临界值随着拉应变软化指数的增加而增加;二阶弹性解确定的FPZ临界值的精度远高于一阶弹性解确定的值.     

Eigenvalue analysis for a crack in a power-law material

A nonlinear eigenvalue problem related to determining the stress and strain fields near the tip of a transverse crack in a power-law material is studied. The eigenvalues are found by a perturbation method based on representations of an eigenvalue, the corresponding eigenfunction, and the material nonlinearity parameter in the form of series expansions in powers of a small parameter equal to the difference between the eigenvalues in the linear and nonlinear problems. The resulting eigenvalues are compared with the accurate numerical solution of the nonlinear eigenvalue problem.     

Study on the dynamics of the double cantilever-beam specimen of decagonal Al-Ni-Co quasicrystals

This paper investigated dynamic initiation of crack growth and crack fast propagation for the double cantilever-beam specimen (DCB) of two-dimensional decagonal Al-Ni-Co quasicrystals. The elasto-/hydro-dynamic model for wave propagation and diffusion together with their interaction is adopted. Numerical results of stresses, displacements and dynamic stress intensity factor are obtained by the finite difference method. Dynamic initiation of crack growth and crack fast propagation are discussed in detail in which the latter is a nonlinear problem arising from moving boundary effect, which is in particular explored.     

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.     

Group invariant solution for a pre-existing fracture driven by a power-law fluid in impermeable rock

The effect of power-law rheology on hydraulic fracturing is investigated. The evolution of a two-dimensional fracture with non-zero initial length and driven by a power-law fluid is analyzed. Only fluid injection into the fracture is considered. The surrounding rock mass is impermeable. With the aid of lubrication theory and the PKN approximation a partial differential equation for the fracture half-width is derived. Using a linear combination of the Lie-point symmetry generators of the partial differential equation, the group invariant solution is obtained and the problem is reduced to a boundary value problem for an ordinary differential equation. Exact analytical solutions are derived for hydraulic fractures with constant volume and with constant propagation speed. The asymptotic solution near the fracture tip is found. The numerical solution for general working conditions is obtained by transforming the boundary value problem to a pair of initial value problems. Throughout the paper, hydraulic fracturing with shear thinning, Newtonian and shear thickening fluids are compared.     

沿两条内部平行裂纹受压时材料的断裂问题

顺着平面内的平行裂纹受压材料的断裂问题并不能在线性断裂力学的框架内进行描述，Grif-fith－Irvin型或COC型的断裂判据，虽然可以用来处理经典的线性断裂力学，但对本题则完全不适用，这是因为这些压力对应力强度系数没有影响，与裂缝孔隙值也没有关系[1，2]，这一类问题只能采用新的方法，本文的第一作者曾建议过一种新方法，在这一方法中仍然使用了线性关系，但这种线性关系是从变形固体力学中的非线性方程导出的[3，4，5]．这里必须指出，这种方法曾在变形体稳定性问题中广泛地采用过。作为断裂开始的判据，我们采用了裂缝缺陷附近的局部失稳的判据，在这类情况下，我们认为是从失稳过程引发断裂过程的。     

On the computation of material forces in continuum‐atomistic modelling

Material forces govern the behavior and evolution of defects in solids. In elastic materials these forces which are associated with the Eshelby stress tensor are used to describe fracture sensitivities and can be employed to compute the J‐integral [2]. Since crack propagation begins with a variety of fundamental processes which occur within highly localized ultra–fine volume of material that constitute the fracture process zone surrounding a crack tip [3], the question of appropriate growth criteria, i.e. how far and in which direction a crack will glide under a certain loading condition is implied by the material force. (© 2004 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

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．