功能梯度材料涂层平面运动裂纹分析

研究粘结于均匀材料基底上功能梯度材料涂层平面运动裂纹问题,假设功能梯度材料剪切模量和密度为坐标的指数函数,而泊松比为常数.采用Fourier变换和传递矩阵法将该混合边值问题转化为一对奇异积分方程,通过数值求解奇异积分方程组获得功能梯度材料涂层平面运动裂纹的应力强度因子.考察了结构几何尺寸、裂纹运动速度以及材料梯度参数对运动裂纹的应力强度因子的影响,发现材料梯度参数、结构几何尺寸、裂纹长度以及运动速度均对功能梯度材料动态断裂行为有显著影响.     

功能梯度材料涂层平面裂纹分析

研究粘接于均质基底材料上功能梯度涂层平面裂纹问题.假设功能梯度材料剪切模量的倒数为坐标的线性函数,而泊松比为常数.采用Fourier变换和传递矩阵法将该混合边值问题化为奇异积分方程组,通过数值求解获得应力强度因子. 考察了材料梯度变化形式、结构几何尺寸和材料梯度参数对裂纹应力强度因子的影响,发现功能梯度材料涂层尺寸、裂纹长度以及材料梯度参数均对应力强度因子有显著影响.     

任意梯度分布功能梯度涂层平面裂纹分析

提出可以分析任意梯度功能梯度材料的分层模型,并采用该模型研究功能梯度涂层平面裂纹问题.采用Fourier变换和传递矩阵法将该混合边值问题化为奇异积分方程组,通过数值求解获得应力强度因子.考察了分层模型的有效性,以及材料梯度变化形式、结构几何尺寸和材料梯度参数对裂纹应力强度因子的影响,发现结构几何尺寸、材料梯度变化形式、...     

正交各向异性功能梯度材料反平面裂纹尖端应力场

采用积分变换-对偶积分方程方法,研究了正交各向异性功能梯度材料反平面裂纹问题.文中假定材料沿两个主轴方向的剪切模量成比例按双参数梯度模型变化,通过求解对偶积分方程并考虑变形Bessel函数的渐近特性,推导出了裂纹尖端应力场.最后考察了材料非均匀性及正交性对应力强度因子的影响.     

功能梯度压电材料反平面裂纹问题

基于三维弹性理论和压电理论,导出了材料系数在横观各向同性平面内梯度分布的压电体的状态方程;进而对材料系数按指数函数规律分布的半无限大压电体中的反平面裂纹问题进行了求解;利用Fourier变换给出了半无限大压电体中位移、应力、电势及电位移的解析表达式;并求得了裂纹尖端的应力强度因子和电位移强度因子,分析了不同的非均匀材料系数及几何尺寸对它们的影响.     

弹性功能梯度材料板条中周期裂纹的反平面问题

讨论了弹性功能梯度材料板条中裂纹的反平面问题. 用Fourier变换方法得到了一个基本解. 这个基本解表示了实轴上一点作用有点位错时引起的影响. 利用此基本解可得单裂纹和周期裂纹问题的奇异积分方程. 在周期裂纹求解时,远处裂纹对于中央裂纹的影响作了有效的近似处理. 最后, 给出了数值结果,它表示了材料性质对于裂纹端应力强度因子的影响.     

动态载荷下功能锑度复合材料的圆币形裂纹问题

研究了动态载荷下功能梯度材料中的圆币形断纹问题,假设材料为横观各向同性,并且含有多个垂直于厚度方向的裂纹,材料参数沿轴向（与裂纹面垂直的方向）为变化的,沿该方向将材料划分为许多单层,各单层材料参数为常数,利用Ｈａｎｋｅｌ变换法,在Ｌａｐｌａｃｅ哉内推导出了控制问题的对偶积分方程组,利用Ｌａｐｌａｃｅ数值反演,得出一裂纺尖端的动态应力经度因子和能量释放率,研究了含两个裂纹的功能锑度接头结构,分析了材     

功能梯度板条断裂分析

现存文献关于功能梯度材料断裂问题的研究大都假设材料性质为坐标的指数函数或幂函数,而对其它函数形式较少采用。本文假设功能梯度材料剪切模量为坐标的双曲函数,而泊松比为常量,研究功能梯度板条的混合型裂纹问题。利用Fourier积分变换技术将混合边值问题转化为一对奇异积分方程,通过数值求解奇异积分方程获得含裂纹功能梯度板条分别在剪切和法向载荷作用下的I型和Ⅱ型应力强度因子,并讨论了材料的非均匀性和裂纹相对尺寸对裂纹尖端应力强度因子的影响。     

功能梯度材料裂纹尖端动态应力场

研究受反平面剪切作用的功能梯度材料动态裂纹问题,通过积分变换-对偶积分方程方法推出了裂纹尖端动态应力场,时间域内的动态应力强度因子由Laplace数值反演获得,研究结果表明功能梯度材料的梯度越大,相应的裂纹问题的动态应力强度因子值越低。     

梯度材料中矩形裂纹的对偶边界元方法分析

采用对偶边界元方法分析了梯度材料中的矩形裂纹. 该方法基于层状材料基本解,以非裂纹边界的位移和面力以及裂纹面的间断位移作为未知量. 位移边界积分方程的源点配置在非裂纹边界上,面力边界积分方程的源点配置在裂纹面上. 发展了边界积分方程中不同类型奇异积分的数值方法. 借助层状材料基本解,采用分层方法逼近梯度材料夹层沿厚度方向力学参数的变化. 与均匀介质中矩形裂纹的数值解对比,建议方法可以获得高精度的计算结果. 最后,分析了梯度材料中均匀张应力作用下矩形裂纹的应力强度因子,讨论了梯度材料非均匀参数、夹层厚度和裂纹与夹层之间相对位置对应力强度因子的影响.      

ANALYSIS OF A CRACK IN A FUNCTIONALLY GRADED STRIP WITH A POWER FORM SHEAR MODULUS

The plane strain problem of a crack in a functionally graded strip with a power form shear modulus is studied. The governing equation in terms of Airy＇s stress function is solved exactly by means of Fourier transform. The mixed boundary problem is then reduced to a system of singular integral equations and is solved numerically to obtain the stress intensity factor at crack-tip. The maximum circumferential stress criterion and the strain energy density criterion are both employed to predict the direction of crack initiation. Numerical examples are given to show the influence of the material gradation models and the crack sizes on the mode-I and mode-II stress intensity factors. The dependence of the critical kink-angle on the crack size is examined and it is found that the crack kink-angle decreases with the increase of the normalized crack length, indicating that a longer crack tends to follow the original crack-line while it is much easier for a shorter crack to deviate from the original crack-line.     

CRACK PROPAGATING IN FUNCTIONALLY GRADED COATING WITH ARBITRARILY DISTRIBUTED MATERIAL PROPERTIES BONDED TO HOMOGENEOUS SUBSTRATE

In this paper, a finite crack with constant length （Yoffe type crack） propagating in a functionally graded coating with spatially varying elastic properties bonded to a homogeneous substrate of finite thickness under anti-plane loading was studied. A multi-layered model is employed to model arbitrary variations of material properties based on two linearly-distributed material compliance parameters. The mixed boundary problem is reduced to a system of singular integral equations that are solved numerically. Some numerical examples are given to demonstrate the accuracy, efficiency and versatility of the model. The numerical results show that the graded parameters, the thicknesses of the interfacial layer and the two homogeneous layers, the crack size and speed have significant effects on the dynamic fracture behavior.     

功能梯度压电/压磁双材料的周期界面裂纹问题

研究反平面载荷作用下压电/压磁双材料的周期界面裂纹问题,压电/压磁双材料由有限厚度的功能梯度压电层和功能梯度压磁层粘结而成.为便于分析,假设压电层和压磁层的材料性质沿着裂纹的法线方向呈指数变化,基于分离变量和Hilbert核奇异积分方程方法,获得应力强度因子的数值解.数值算例讨论层厚、周期带长度、梯度参数以及材料参数变动等对应力强度因子的影响.结果发现层厚以及裂纹间距的增大会降低裂纹尖端应力强度因子,梯度参数的改变对应力强度因子也有显著的影响.材料参数变动的讨论发现弹性参数的变动对应力强度因子影响最大,其次为电参数,磁参数的变动对应力强度因子影响最小.     

SCATTERING OF THE HARMONIC STRESS WAVE BY CRACKS IN FUNCTIONALLY GRADED PIEZOELECTRIC MATERIALS

The present paper considers the scattering of the time harmonic stress wave by a single crack and two collinear cracks in functionally graded piezoelectric material （FGPM）. It is assumed that the properties of the FGPM vary continuously as an exponential function. By using the Fourier transform and defining the jumps of displacements and electric potential components across the crack surface as the unknown functions, two pairs of dual integral equations are derived. To solve the dual integral equations, the jumps of the displacement and electric potential components across the crack surface are expanded in a series of Jacobi polynomials. Numerical examples are provided to show the influences of material properties on the dynamic stress and the electric displacement intensity factors.