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

本应用［１］的分析方法，研究了纯弯曲矩形截面梁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％。     

不可压缩橡胶类材料裂纹尖端应力应变场*

本文对平面应变情况下不可压缩橡胶类材料裂纹尖端弹性场进行了有限变形分析.裂纹尖端场被分为收缩区和扩张区.借助于新的应变能函数和变形模式,推出了尖端场各区的渐近方程,得到了尖端场的完整描述.本文对奇异性作了讨论,得到了不可压缩橡胶类材料裂纹尖端应力及应变分布曲线,揭示了裂纹尖端应力应变场的特性.     

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．     

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.     

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．     

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.     

高速扩展平面应力裂纹尖端的各向异性塑性场

在裂纹尖端的应力分量都只是θ的函数的条件下,利用定常运动方程,Hill各向异性屈服条件及应力应变关系,我们得到高速扩展平面应力裂纹尖端的各向异性塑性场的一般解.将这个一般解用于四种各向异性特殊情形,我们就导出这四种特殊情形的一般解.最后,本文给出X=Y=Z情形的高速扩展平面应力Ⅰ型裂纹尖端的各向异性塑性场.     

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.     

高速扩展裂纹尖端的各向异性塑性场

在裂纹尖端的应力分量都只是θ的函数的条件下,利用定常运动方程,应力应变关系及Hill各向异性屈服条件,我们得到反平面应变和平面应变两者裂纹尖端的各向异性塑性场的一般解.将这些一般解用于具体裂纹,我们就求出了Ⅰ型和Ⅱ型裂纹的高速扩展尖端的各向异性塑性场,     

含表面裂纹三维体裂纹尖端应力应变场及应力强度因子计算

本文采用“局部-整体分析法”处理了含表面裂纹三维体断裂分析问题,获得了含表面裂纹三维体裂纹尖端应力应变场包括Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ型的一般解。在此基础上构造了高阶三维奇异元,计算了含表面裂纹平板应力强度因子,探讨了不同板厚、不同板宽对应力强度因子的影响并给出相应的曲线。还在中型计算机上成功地进行了三维有限元断裂分析,并以较少的自由度获得较高的计算精度。     

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.     

幂律非线性粘弹性材料中的裂纹扩展*

对蠕变不可压幂律非线性粘弹性材料中裂纹的蠕变扩展进行了分析,为描述银纹带中的力学行为,假设在裂纹尖端邻域中断裂过程区中分布着阻抗裂纹张开的粘聚应力б_f,.通过对均匀应力参考状态平凡解的摄动,将非线性粘弹性问题化成线性问题处理.对于幂指数.n≌1的弱非线性情况得到了应力与位移表达式.提出断裂过程区局域能量判据,导出了裂纹孕育时间t*与蠕变扩展率a的预测公式.     

轴对称金属模具电磁热裂纹止裂中热应力场的分析

为求解金属模具脉冲放电止裂瞬间裂纹尖端附近的热应力场,选择具有半埋藏环形裂纹的金属凹模为研究对象,采用复变函数方法求解了凹模内外环面均匀通入强脉冲电流放电止裂时的热应力场．理论分析结果证实:由于放电瞬间脉冲电流的绕流集中效应,使金属凹模内部环形裂纹尖端附近金属迅速升温,金属熔化形成堆焊,并由于瞬间温升产生热压应力场．研究结果表明:应用电磁热效应止裂技术可以减小裂纹尖端的应力集中,形成的热压应力场有效地阻止金属模具中干线裂纹源的开裂趋势,达到了裂纹止裂目的．     

平面应变和反平面应变复合型裂纹尖端的各向异性塑性应力场

在裂纹尖端的理想塑性应力分量都只是θ的函数的条件下,利用平衡方程,各向异性塑性应力应变率关系、相容方程和Hill各向异性屈服条件,本文导出了平面应变和反平面应变复合型裂纹尖端的各向异性塑性应力场的一般解析表达式.将这些一般解析表达式用于复合型裂纹,我们就可以得到Ⅰ-Ⅲ、Ⅱ-Ⅲ及Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型裂纹尖端的各向异性塑性应力场的解析表达式.     

功能梯度条硬币型裂纹扭转冲击响应

研究非均匀条中硬币型裂纹的扭转冲击问题．材料的剪切模量假定按特定的梯度变化．采用Laplace 和Hankel 变换将问题化为求解Fredholm积分方程,通过将Bessel函数渐进展开获得裂纹尖端动态应力场．考查非均匀参数和功能梯度条高度对裂尖动态断裂行为的影响．动应力强度因子和能量密度因子的清晰表达式表明,作为裂纹扩展力,对于这里所研究的问题,二者是等价的．动应力强度因子的数值结果显示,增加剪切模量的非均匀参数可以抑制动应力强度因子的幅度,而条形域的高度对动态断裂特性的影响较小．     

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。     

测定概率疲劳长裂纹扩展门槛值的新方法

提出了合理测定随机疲劳长裂纹扩展门槛值的“局部概率Paris关系法”．揭示了常规法不能保证各试样门槛值数据处于相同扩展率水平,测定结果不尽合理的缺陷．以Paris-Erdogan方程描述门槛值附近局部试验数据,考虑数据分散性规律和试样数量两方面的影响,在应力强度因子服从对数正态分布下建立了包含存活概率和置信度的局部概率关系模型,以可接受临界扩展率对应概率因子为依据测定概率门槛值．LZ50钢车轴试验数据分析验证了方法的合理性和有效性．     

Crack growth modeling via 3D automatic adaptive mesh refinement based on modified-SPR technique

In this paper, the three-dimensional automatic adaptive mesh refinement is presented in modeling the crack propagation based on the modified superconvergent patch recovery technique. The technique is developed for the mixed mode fracture analysis of different fracture specimens. The stress intensity factors are calculated at the crack tip region and the crack propagation is determined by applying a proper crack growth criterion. An automatic adaptive mesh refinement is employed on the basis of modified superconvergent patch recovery (MSPR) technique to simulate the crack growth by applying the asymptotic crack tip solution and using the collapsed quarter-point singular tetrahedral elements at the crack tip region. A-posteriori error estimator is used based on the Zienkiewicz–Zhu method to estimate the error of fracture parameters and predict the crack path pattern. Finally, the efficiency and accuracy of proposed computational algorithm is demonstrated by several numerical examples.