有限宽的粘接SANDWICH型正交各向异性板条具有界面裂纹或断裂的中间板条

本文研究了有限宽、粘接的对称SANDW(?)CH型正交各向异性板条的静裂纹问题.在中间板条有内部裂纹和完全断裂的两种情形,解法和应力奇异性分析的过程都和板条为各向同性时相似;但在界面裂纹时,却归结为解一组与各向同性粘接板条不同的二类柯西型奇异积分方程.此时,各向同性粘接板条界面裂纹的应力强度因子的定义已不再适用.本文提出一种广义的应力强度因子定义,并给出上述三种裂纹问题的算例,计算裂纹长度、板条宽度或弹性常数对应力强度因子的影响.     

带有扩展到和通过界面裂纹的各向同性/正交各向异性双层板条

本文分析了各向同性/正交各向异性双层板条的裂纹问题,由Fourier积分变换和问题的边界条件获得了一对奇异积分方程,确定了內部裂纹、边缘裂纹、到达和穿过界面裂纹的裂端及界面上的应力奇异性,利用Gauss-Jacobi和Gauss-Chebyshev积分公式求解奇异积分方程,得到了裂端和界面上的应力强度因子,并讨论了裂纹趋近于界面时进一步扩展的可能方式。     

含裂纹粘接结构的边界元应力分析

本文采用子域法和直接应力奇异单元法求解二维粘接结构中的裂纹问题。子域法把粘接结构划分为三个子域,根据每个子域的边界积分方程和子域间的界面条件,可以建立粘接结构的边界积分方程组。直接应力奇异单元能够在整个单元长度上反映裂纹端部的1/r~(1/2)奇异性,在计算时可以通过坐标变换消除奇异单元积分中的奇异性,直接计算出应力强度因子。含裂纹多层结构的数值示例和粘接补强单边裂纹板的应力测试和疲劳试验结果证实了本文方法的有效性。     

非共面半椭圆形表面裂纹群问题的现代分析法

本文发展了体积力法的工作,建立了能有效地分析半无限体中交错型表面裂纹群相互干涉效应的改进型体积力法。在数值分析上,本文还作了以下两点修正:一、从直觉的物理概念出发,考虑了材料泊松比对应力强度因子的影响;二、从应力影响系数的物理意义出发,提出了能有效地处理复合型表面裂纹耦合积分奇异性问题的间接法。作为改进法的应用,本文给出了二个形状比相同的非共面半椭圆形表面裂纹相互干涉效应的计算结果。     

含径向裂纹系的圆柱的弯曲与扭转

圆柱中任意径向裂纹系的Saint-Venant弯曲与扭转,还无一般的解析解法,本文采用裂纹面二侧应力差和位移差的混合边界条件提法,在求解了一组三节积分方程和一个Neumann问题后,精确地求得到了单裂纹基本解,利用此解给出了解决这类问题的一般方法。文中对二条非共线的等长边界裂纹的应力强度因子和柱的扭转刚度作了数值计算,扭转刚度的结果与L.A.Wigglesworth的完全一致。     

复合材料Reissner板中与界面相交的裂纹奇异性分析

基于切口尖端附近区域位移场的渐近展开,提出了分析复合材料板中与界面相交的切口应力奇异性的新方法。将位移场渐近展开式的典型项代入弹性板的基本方程,得到关于复合材料板中与界面相交的切口应力奇异性指数的一组非线性常微分方程的特征值;采用变量代换法,将非线性特征问题转化为线性特征问题,并用插值矩阵法求解获得了各向异性结合材料中与界面以任意角相交的裂纹尖端的应力奇异性指数随裂纹角的变化规律;最后将计算结果与现有结果进行对比。结果表明:两种结果吻合较好,表明本文方法是有效的。     

带裂纹圆柱体的Saint-Venant扭转

横截面上带有任意径向裂纹系的圆柱体的Saint-Venant扭转,还无一般的解析解法。本文采用裂纹二侧应力差和位移差的混合边界条件提法,通过Mellin变换,在求解了一组三节积分方程和一个Neumann问题后,精确地求得了单裂纹基本解,利用此解给出了解决这类问题的一般方法。文中还使用奇异积分方程的数值理论,对二条非共线的等长径向裂纹的应力强度因子和抗扭刚度作了数值计算。     

矩形压电体中反平面裂纹的电弹性场

基于线性压电理论,本文获得了含有中心反平面裂纹的矩形压电体中的奇异应力和电场。利用Fourier积分变换和Fourier正弦级数将电绝缘型裂纹问题化为对偶积分方程,并进一步归结为易于求解的第二类Fred-holm积分方程。获得了裂纹尖端应力、应变、电位移和电场的解析解,求得了裂纹尖端场的强度因子及能量释放率。分析了压电矩形体的几何尺寸对它们的影响。结果表明,对于电绝缘型裂纹,裂纹尖端附近的各个场变量都具有-1/2阶的奇异性,能量释放率与电荷载的方向及大小有关,并且有可能为负值。     

断裂力学中高阶权函数的计算

1.前言 权函数是由Bueckner首先提出来的,用它可以灵活方便地计算应力强度因子。后来Paris等用有限单元法计算了矩形裂纹体的权函数。1976年,王自强对权函数的力学意义作了分析研究,并得到了无限体中含中心裂纹,其线裂纹及圆弧裂纹的权函数。1981年,张晓堤计算了矩形裂纹板条在不同长度的边界裂纹情况下的权函数。1981年,     

周期张开型平行裂纹问题研究

研究无限介质中周期平行裂纹问题，利用复应力函数在集中载荷作用点和裂纹尖端 的奇异性分析及双曲函数的周期性质，求得了问题在远场作用均匀载荷时裂纹尖端应力强度 因子的精确闭合形式解，并与已有的数值结果进行了比较. 其结果对于研究多裂纹的干 涉作用以及结构和材料的强度设计具有重要的实用价值.     

两相邻边固定两相邻边自由的矩形板

本文给出两相邻边自由、两相邻边固定的矩形板的精确解.所解的两个问题为:均布荷重作用及有一集中力作用在自由角点.本文对一正方形板作了数字计算,其中包括自由角点的挠度,沿自由边的挠度以及沿固定边的弯矩.板的其他各点的挠度、弯矩、扭矩和剪力均可由叠加法得到.这种方法,可以很容易推广到沿自由边作用任何荷载或包括有扭矩作用的情况.     

具有翼形、唇形缺陷的薄板的弯曲问题

薄板,是工程结构中的重要部件之一。研究薄板在弯曲载荷作用下,缺陷尖端附近的应力场和应力强度因子,不仅有理论意义,而且具有一定的实用价值。1952年Williams对拉伸载荷下,板中缺陷角点处的应力奇异性作了定性的讨论,并指出薄板弯曲时,角点附近具有类似的奇异性。1961年,Williams利用特征值展开方法详细导出了弯曲时直线裂纹尖端的应力表达式。与拉伸情况相同,尖端附近     

带裂纹矩形板自由振动解析解

选取带有补充项的双重正弦傅里叶级数作为振型函数通解,来解析研究带裂纹矩形板的自由振动特性。先将带裂纹矩形板分割成若干小矩形板,利用各小矩形板的边界条件,并结合振型函数中待定常数的物理意义,简化得到各小矩形板的振型函数,再结合各板的控制方程、未使用的边界条件、公共边协调条件及本文提出公共自由角点的协调条件,建立求解频率的代数方程组,然后将其转化为广义特征值问题来求解带裂纹矩形板的无量纲频率;最后选取具体参数进行计算并与文献结果对比,吻合良好,证明了本文采用的研究方法以及所提出公共角点协调条件的正确性和合理性。由于该振型函数能满足矩形板的任意边界约束,且其中的待定常数具有明确的物理意义,所以可使矩形板问题的求解统一化、简单化和规律化。     

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.      

焊接残余应力平板多个共面表面裂纹的应力强度因子

采用线弹簧模型求解含焊接残余应力平板多个共面任意分布表面裂纹的应力强度因子.利用边裂纹权函数给出了裂纹表面上沿厚度非线性分布的残余应力向线性分布的转化公式.基于Reissner板理论和连续分布位错思想,将含多个共面任意分布表面裂纹的无限平板问题归结为一组Cauchy型奇异积分方程,并采用Gauss-Chebyshev方法获得了奇异积分方程的数值解.以三共面表面裂纹为例,计算了表面裂纹的应力强度因子,并讨论了裂纹间距、裂纹几何形状等因素对应力强度因子的影响.     

动态断裂力学的无限相似边界元法

对弹性动力学的相似边界元法进行了进一步研究,推导了相应的计算公式,并在此基础上提出了动态断裂力学的无限相似边界元法.与传统的边界元法相比,相似边界元法由于只需在少数单元上进行数值积分,大大减少了计算量.对动态断裂力学问题,无限相似边界元法由于在裂纹尖端的边界上设置了逼近于裂纹尖端的无限个相似边界单元,可直接得到裂纹尖端具有奇异性的应力,而不需要设置奇异单元,从而突破了奇异单元对应力奇异性阶次的局限.另外,还讨论了无限相似边界元法得到的无限阶的线性代数方程组的求解方法.     

功能梯度压电压磁材料粘结的Ⅲ型裂纹问题

利用奇异积分方程方法研究两个半无限大的功能梯度压电压磁材料粘结,在渗透和非 渗透边界条件下的III型裂纹问题. 首先通过积分变换构造出原问题的形式解，然 后利用边界条件通过积分变换与留数定理得到一组奇异积分方程， 最后利用Gauss-Chebyshev方法进行数值 求解，讨论材料参数、材料非均匀参数以及裂纹几何形状等对裂纹尖端应力 强度因子的影响. 从结果中可以看出，压电压磁复合材料中反平面问题的应力奇异性 形式与一般弹性材料中的反平面问题应力奇异形式相同，但材料梯度参数对功能梯度压电压 磁复合材料中的应力强度因子和电位移强度因子有很大的影响.     

各向同性材料接头和界面相交裂纹应力奇异性特征分析

提出了用插值矩阵法分析各向同性材料接头以及与界面相交的平面裂纹应力奇异性。基于接头和裂纹端部附近区域位移场渐近展开,将位移场的渐近展开式的典型项代入线弹性力学基本方程,得到关于平面内各向同性材料接头以及与两相材料界面相交裂纹应力奇异性指数的一组非线性常微分方程的特征值问题,运用插值矩阵法求解,获得了两相材料平面接头端部应力奇异性指数以及与界面以任意角相交的裂纹尖端的应力奇异性指数随裂纹角的变化规律,数值计算结果与已有结果比较表明,本文方法具有很高的精度和效率。     

NON-AXISYMMETRIC MIXED BOUNDARY VALUE PROBLEM FOR DYNAMIC INTERACTION BETWEEN SATURATED POROUS FOUNDATION AND RECTANGULAR PLATE$^{\bf 1)}$

在同一界面的不同区域具有多种边界条件, 称之为混合边界, 这是一个熟知的力学问题. 对这类问题进行精确分析时, 必须要进行混合边值问题的求解. 而对于一般的三维非轴对称情形, 混合边值问题的求解往往存在数学困难. 本文利用Hilbert定理和双重Fourier变换, 给出了一种求解三维非轴对称混合边值问题的解析方法, 利用该方法对具有混合透水边界的饱和多孔地基上矩形板的振动弯曲进行了解析研究(板与地基接触面为不透水边界, 其余为透水边界). 首先, 基于Kirchhoff理论和Biot多孔介质理论建立矩形板与饱和多孔地基的动力控制方程, 进行耦合求解. 针对板土接触面和非接触面的混合边值问题, 采用双重Fourier变换构造出两对二维对偶积分方程, 以接触应力和接触面孔隙压力为基本未知量, 用Jacobi正交多项式将未知量展开, 再利用Schmidt法对二维对偶积分方程完成求解, 最终推导出板土系统在动力作用下的位移和应力解析式. 通过将本文计算模型退化为单一弹性地基, 与已有研究结果进行对比, 验证了本文方法的正确性和有效性. 最后, 通过数值算例, 对饱和多孔地基上矩形板的动力响应及参数影响做出分析和讨论. 此外, 本文提出的解析法具有一般性, 可广泛应用于复杂接触问题和多场耦合问题的求解.     

饱和多孔地基与矩形板动力相互作用的非轴对称混合边值问题

在同一界面的不同区域具有多种边界条件, 称之为混合边界, 这是一个熟知的力学问题. 对这类问题进行精确分析时, 必须要进行混合边值问题的求解. 而对于一般的三维非轴对称情形, 混合边值问题的求解往往存在数学困难. 本文利用Hilbert定理和双重Fourier变换, 给出了一种求解三维非轴对称混合边值问题的解析方法, 利用该方法对具有混合透水边界的饱和多孔地基上矩形板的振动弯曲进行了解析研究(板与地基接触面为不透水边界, 其余为透水边界). 首先, 基于Kirchhoff理论和Biot多孔介质理论建立矩形板与饱和多孔地基的动力控制方程, 进行耦合求解. 针对板土接触面和非接触面的混合边值问题, 采用双重Fourier变换构造出两对二维对偶积分方程, 以接触应力和接触面孔隙压力为基本未知量, 用Jacobi正交多项式将未知量展开, 再利用Schmidt法对二维对偶积分方程完成求解, 最终推导出板土系统在动力作用下的位移和应力解析式. 通过将本文计算模型退化为单一弹性地基, 与已有研究结果进行对比, 验证了本文方法的正确性和有效性. 最后, 通过数值算例, 对饱和多孔地基上矩形板的动力响应及参数影响做出分析和讨论. 此外, 本文提出的解析法具有一般性, 可广泛应用于复杂接触问题和多场耦合问题的求解.