椭圆平片裂纹前沿应力强度因子解析解的超奇异积分方程方法

对无限大三维均质弹性体中任意平片裂纹的超奇异积分方程,巧妙地引入椭球坐标系和利用裂纹表面位移间断人有平方根的特性,获得了受任意方向均布压力作用下椭圆平片裂纹问题的超奇异积分方程的解析解。运用这些解析解和应力强度因子的定义,得到了裂纹前沿Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型和应力强度因子的精确表达式,所得结果与现有精确解完全一致。     

三维体内含垂直于双材料界面混合型裂纹的超奇异积分解法

利用双材料位移基本解和Somigliana公式,将三维体内含垂直于双材料界面混合型裂纹问题归结为求解一组超奇异积分方程。使用主部分析法,通过对裂纹前沿应力奇性的分析,得到用裂纹面位移间断表示的应力强度因子的计算公式,进而利用超奇异积分方程未知解的理论分析结果和有限部积分理论,给出了超奇异积分方程的数值求解方法。最后,对典型算例的应力强度因子做了计算,并讨论了应力强度因子数值结果的收敛性及其随各参数变化的规律。     

三维无限体中两平行平片裂纹相互干扰的超奇异积分方程解法

本文利用三维断裂力学的超奇异积分方程求解理论，对三维无限体中两平行平片裂纹在任意载荷作用下的相互干扰问题作了研究。首先导出了以裂纹面移间断（位借）为未知函数的超奇异积分方程组，然后为其建立了有限积分边界元法；在此基础上，讨论用了裂纹面位移间断计算应力强度因子的方法，最后用此计算了两平行平片裂纹的相对位置对裂前沿应力强度因子的影响，其数值结果令人满意。     

压电材料动态裂纹问题的奇异积分方程法

利用广义Betti-Rayleigh 互易公式给出了二维压电材料非渗透裂纹问题的一般解和奇异积分方程,其中未知函数为裂纹上的位移间断和电势间断的导数. 在理论分析的基础上,使用高斯-切比雪夫求积公式及Lubich 卷积积分方法建立了问题的数值求解方法,并给出典型算例的广义动应力强度因子随时间变化的规律.     

含圆形嵌体弹性平面中径向裂纹问题的超奇异积分方程方法

根据含圆形嵌体平面问题在极坐标下的弹性力学基本解,使用Betti互换定理,在有限部积分意义下将问题归结为两个以裂纹岸位移间断为基本未知量、对于Ⅰ型和Ⅱ型问题相互独立的超奇异积分方程,对含圆形嵌体弹性平面中的径向裂纹问题进行了研究.根据有限部积分原理,建立了问题的数值算法.计算结果表明,嵌体半径、裂纹位置及材料剪切弹性模量等都对裂纹应力强度因子具有较为明显的影响.     

三维有限体中平片裂纹的超奇异积分方程方法—Ⅱ.数值方法

超奇异积分方程方法的理论分析已在本文的第Ｉ部分中给出，这一部分是经的数值方法，及用此方法求解的若干典型的平片裂纹问题。     

各向异性平面含斜裂纹的奇异积分方程方法

本文应用平面弹性复变方法，将无限各向异性平面中的任意斜裂纹问题归结为求解一组解析函数边值问题，通过构造适当的积分变换将边值问题转化为奇异积分方程，进而应用Lobotto-Chebyshev数值求积公式，求出该奇异积分方程的数值解，并得到了应力强度因子的近似表达式，最后，给出了一些实例的数值结果，对特例的数值结果与精确结果进行比较，吻合的很好。     

三维有限体中平片裂纹的超奇异积分方程方法——Ⅰ、理论分析

本文利用单个平片裂纹的基本解,将三维有限体中的平片裂纹问题,归为解一组超奇异积分方程,然后使用主部分析方法,对这组方程的求解作了理论分析,其结果在本文的第Ⅰ部分给出,关于这组方程的数值法求解,则给出于本文的第Ⅱ部分。     

三维动态裂纹问题的超奇异积分方程法

基于弹性材料的动态基本方程,结合广义Betti-Rayleigh互易等式与时域下的边界积分方程,推导得到时域下的超奇异积分方程组。引入Laplace域下的动态基本解,将经过主部分析的积分核函数分解为静态和动态部分,其中动态积分核不具有奇异性。在裂纹前沿附近单元,采用与理论分析一致的平方根位移模型。结合Lubich时间卷积实现拉氏变换,采用配置点法计算超奇异积分,获得问题的数值解。并针对椭圆裂纹算例编写Fortran程序,得到冲击荷载作用下张开型裂纹的动态应力强度因子变化规律,数值结果稳定且收敛速度快。     

反平面弹性中边缘内分叉裂纹的奇异积分方程解法

利用复变函数和奇异积分方程方法,求解反平面弹性中半平面边缘内分叉裂纹问题。提出了满足半平面边界自由的由分布位错密度表示的半平面中单裂纹的基本解,此基本解由主要部分和辅助部分组成。将半平面边缘内分叉裂纹问题看作是许多单裂纹问题的叠加,建立了以分布位错密度为未知函数的Cauchy型奇异积分方程组。然后,利用半开型积分法则求解奇异积分方程,得到了裂纹端处的应力强度因子。文中给出两个数值算例的计算结果。     

双材料界面裂纹应力强度因子的边界元分析

采用双材料基本解建立边界元法基本方程,计算双材料界面裂纹尖端附近的应用力和位移场。不离散界面,并设置面力奇异四分之一点裂尖单元以提高计算精度。数值结果表明,本文的方法具有较高的精度和效率。     

各向异性双材料界面裂纹扩展裂尖场

应用界面断裂力学理论和Stroh方法,研究了广义平面变形下动态裂纹沿着各向异性双材料界面扩展时的裂尖奇异应力及动态应力强度因子.双材料界面的动态裂尖区域特性主要由两个实矩阵W和D确定,且裂尖奇异应力和动态应力强度因子可以由包含这两个矩阵的柯西奇异积分方程确定,同时给出了动态应力强度因子和能量释放率的显示表达式.算例得出当裂纹以小速度扩展时,裂尖振荡因子ε与静态时几乎相同,当界面裂纹扩展速度接近瑞利波速时,ε趋于无穷大;同时得出应力强度因子及能量释放率随裂纹扩展速度的变化关系.     

异弹模界面裂缝的动态实验研究

本文利用电测法测量异弹模界面裂缝缝端的应力,进而推算出动态应力强度因子,并与特解边界元的计算结果作了比较,结果表明,两者的一致性较好.     

与界面垂直相触的三维裂纹的超奇异积分方程和奇性指数

本文使用有限部积分原理和两相材料空间弹性力学问题的点力基本解导出了与界面垂直相触的三维平片解纹的超奇异积分方程组;     

Finite-part integral and boundary element method for interaction between two parallel planar cracks in three-dimensional finite bodies

By using the Somigliana representation and the concepts of finite-part integrals, a set of hypersingular integral equations of the interaction between two parallel planar cracks in a three-dimensional finite body subjected to arbitrary loads is derived, and then its numerical method is proposed by the finite-part integral method combined with the boundary element method. According to the analytic theory of hypersingular integral equations, the square root models of displacement discontinuities in the elements near the crack front are applied, and thus the computational precision is raised. Based on this, the stress intensity factors can be directly calculated. Finally, the stress intensity factors of several typical interaction problems are calculated.     

APPLICATION OF THE HYPERSINGULAR INTEGRAL EQUATIONS METHOD TO THE INTERACTION BETWEEN TWO PARALLEL PLANAR CRACKS IN 3-D ELASTICITY

By using the analytic theory of hypersingular integral equations in three-dimensional fracture mechanics, the interactions between two parallel planar cracksunder arbitrary loads are investigated. According to the concepts and method of finite-part integrals, a set of hypersingular integral equations is derived, in which theunknown functions are the displacement discontinuities of the crack surfaces. Then itsnumerical method is proposed by combining the finite-part integral method with theboundary element method. Based on the above results, the method for calculating thestress intensity factors with the displacement discontinuities of the crack surfaces ispresented. Finally, several typical examples are calculated and the numerical resultsare satisfactory.     

An Edge Crack Problem in a Semi-Infinite Plane Subjected to Concentrated Forces

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｅｄｇｅｃｒａｃｋｐｒｏｂｌｅｍｉｎａｓｅｍｉ＿ｉｎｆｉｎｉｔｅｐｌａｎｅｗａｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｂｙｍａｎｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｏｒｓ.ＵｓｉｎｇｔｈｅＦｒｅｄｈｏｌｍｉｎｔｅｇｒａｌｅｑｕａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ ,ａｎｅｄｇｅｃｒａｃｋｐｒｏｂｌｅｍｉｎａｓｅｍｉ＿ｉｎｆｉｎｉｔｅｐｌａｎｅｗａｓｓｏｌｖｅｄ[1].Ｔｈｅｏｂｔａｉｎｅｄｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｌｉｍｉｔｅｄｔｏｔｈｅｃａｓｅｔｈａｔｔｈｅｅｄｇｅｃｒａｃｋｉｓｎｏｒｍ…