双材料界面端附近的奇异应力场

本文利用弹性力学中的Ｇｏｕｒｓａｔ公式，具体地给出了具有任意接合角的异材界面端附近的奇异应力场和位移场；所得到的关于应力奇异性次数的特征方程，与Ｂｏｇｙ利用Ｍｅｌｌｉｎ变换求得的结果完全一致。本文的结果还表明：材料常数对接合材料力学性能的影响可只用两个组合参数来描述。     

直角结合异材界面端应力强度系数的经验公式

由不同材料结合而成的材料(简称异材或双材料)的力学性能及其可靠性评价是工程中亟待解决的问题。表征界面端奇异应力场大小的应力强度系数是结合异材强度评价的依据，本文针对工程中最常见的直角结合异材，通过对大量不同材料组合的异材的边界元数值分析，提出了界面端应力强度系数的近似计算公式，无量纲化后的应力强度系数的值只与异材Dundurs参数a，卢有关，该公式具有较高的精度，可以作为一般工程上的应力强度系数的计算以及异材结构设计的依据。     

有限尺寸下双材料界面附近裂纹位置对裂纹尖端的影响

随着复合材料的应用和发展,不同材料组成的界面结构越来越受到人们的重视。界面层两侧材料的性能相异会引起材料界面端奇异性,同时界面和界面附近存在裂纹会引起裂尖处的应力奇异性。因此双材料界面附近的力学分析是比较复杂的。本文建立双材料直角界面模型,在材料界面附近预设初始裂纹,计算了有限材料尺寸对界面应力场及其附近裂纹应力强度因子的影响。运用弹性力学中的 Goursat 公式求得直角界面端在有限尺寸下的应力场以及其应力强度系数。通过叠加原理和格林函数法进一步得到在直角界面端附近的裂纹尖端应力强度因子。计算结果表明,在适当范围内改变材料内裂纹与界面之间的距离,界面附近裂纹尖端的应力强度因子随着裂纹与界面距离的增加而减少,并且逐渐趋于稳定。分析结果可以为预测双材料结构复合材料界面失效位置提供参考。     

轴对称界面端的扭转问题

基于弹性力学轴对称扭转问题的通解,研究了具有任意几何形状的双材料轴对称界面端,给出了界面端的应力奇异性及其附近的位移场和奇应力场,定义了扭转问题的Ｄｕｎｄｕｒｓ双材料参数。研究结果表明,应力奇异性只与界面端的结合角和扭转问题的Ｄｕｎｄｕｒｓ双材料参数有关,而与界面的角度以及界面端与对称轴之间的距离无关,在任何情况下,特征值均为实数,不会产生振荡应力奇异性。     

线性硬化材料的界面裂纹裂尖弹塑性应力场

由全量理论的弹塑性本构方程出发，提出了一种求线性硬化材料裂纹问题的应力函数解法，并求得了线性硬化材料界面裂纹裂尖附近的弹塑性应力场，通过对扩张的Ｄｕｎｄｕｒｓ异材参数β的讨论分析了应力场的振荡奇异性。     

纤维段裂试验的界面端应力奇异性研究

纤维段裂试验是测定纤维复合材料界面剪切强度的细观实验方法之一，其试验结果与其他三种细观试验方法(纤维拔出、纤维压人和微珠脱粘)测得的结果各不相符，相差较大。针对该问题，仔细研究了纤维段裂试验过程，可发现如下两个问题，首先是试件中纤维断裂造成的界面端应力奇异性问题；其次是纤维断成临界长度时界面是否脱粘的问题。针对界面端应力奇异性问题，本文建立了界面端轴对称分析模型，运用渐近展开法，推导出求解界面端特征值的特征方程，并由此得到应力奇异性指数随Dundurs常数的变化规律；采用文献[5]所用试件的纤维／基体性能数据，计算出了界面端的应力奇异性指数，并与文献[7]得到的其他三种试验的界面端应力奇异性指数进行比较，发现纤维段裂试件也存在界面端应力奇异性，而且应力奇异性最强，也说明了与其他三种试验结果不具可比性。本文还对纤维断成临界长度时界面是否脱粘的问题，进行了讨论。     

影响双材料界面端三维应力奇异性的几何因素研究

应用常规有限单元分析技术,对几种典型接头形式的三维双材料结构界面端点附近应力奇异性进行了研究,重点分析了棱角(两自由平面的夹角)大小对界面端点附近应力奇异性指数的影响。数值分析结果表明:棱角大小对界面端应力奇异性指数有明显影响,棱角越大,奇异性指数越小;当棱角趋于180°时,端点附近的应力奇异性指数收敛于界面端线上的值(等于平面应变条件下的理论值)。研究发现,如果采用圆弧对三维双材料结构的棱边进行倒角,使相应的界面端线变成光滑连续曲线,则原界面端点附近的应力奇异性会完全退化为界面端线附近的应力奇异性,即界面端点独特的应力奇异性现象消失。     

结合材料界面端的三维应力奇异性

本文利用特殊有限元方法，开发了一个用来求解结合材料界面端三维应力奇异性问题的数值分析程序。该方法只需对界面端的角度方向进行离散即可求得应力奇异性。结合材料的应力奇异性取决于两种材料的材料常数和界面端形状。选用三个材料参数作为变量，用来研究结合材料三维应力奇异性随材料常数的变化规律。文中计算了几种重要而且常见的情况，并以此为基础建立了数据库。同时，还分析了应力奇异性随界面端形状的变化规律，并得到了应力函数的分布图。     

界面端应力奇异性与复合材料界面剪切强度细观实验分散性分析

复合材料细观实验方法主要有纤维拔出、纤维压力、纤维段裂和微球脱粘实验等四种；但这四种试验得到的界面剪切强度结果存在很大的分散性。虽经三十余年的研究和改进，仍未能消除。为研究分散性产生的原因，本文以轴对称界面端应力奇异性分析为基础，推导出求解四种试件界面端的特征值的特征方程，并给出了特征值随Dundurs常数的变化情况，由此发现用相同的纤维和基体制作的四种试件在界面端存在奇异性不同的应力场，从而阐明了四种界面剪切强度试验结果巨大分散性的产生原因在于纤维和基体间界面处的应力奇异性。     

振荡应力奇异性及其强度系数的数值分析方法

本文以具有振荡应力奇异性的平面问题为例,提出了一种利用普通的数值分析结果（由有限地或边界元程序计算得到的应力分量或位移分量）,来确定奇异性次数以及相应的复应力强度系数的数值分析方法。为了验证该方法的有效性,应用平面应变情况下的边界元计算结果,对界面端模型进行了分析。计算结果表明,本方法可以精确地求得振动应力奇异性次数,并且与奇异性对应的复应力强度系数也可以很方便地应用外插法得到。     

聚合物注塑残余应力的研究进展

综述了聚合物注塑残余应力的研究进展,详细介绍计算残余应力所用的理论模型及其基本概念．注塑制品残余应力由两部分组成,并且有不同的测试方法,这些应力是造成制品翘曲变形的原因．对于残余流动应力,重点分析本构模型的发展和注塑控制方程的建立;对于残余热应力,则讨论了冷却过程中的相交问题,以及热粘弹性模型在应力分析中的应用;最后介绍测量残余应力的几种实验方法．      

热喷涂涂层中残余应力分析和检测研究进展

综述热喷涂涂层中残余应力研究进展.主要内容有:对残余应力产生的最新认识,残余应力分布实验测试技术、理论分析模型及其对热喷涂材料界面结合强度影响等领域的研究进展.最后对该领域几个学术界和工程界关注的研究方向进行了展望.      

Thermal stresses in one-sided bond repair: geometrically nonlinear analysis

The problem of thermal stresses in an infinite isotropic plate rigidly bonded with an unsymmetrical, polygon-shaped reinforcement is analyzed within large deflection plate theory, using the equivalent inclusion method [J. Thermal Stresses 26 (2003) 457]. For simplicity, the plate assumes to be cooled down uniformly from a stress free temperature. The earlier approach proposed in [J. Thermal Stresses 26 (2003) 457] has been extended in the present paper to include geometric nonlinearity. Extension of the method to address residual thermal stresses associated with curing of the adhesive is also discussed.     

An investigation of the use of strain gages to measure welding-induced residual stresses

The measurement of weld-induced residual stress is important in structures that are subjected to cyclic loading during their service life. Depending on their magnitude, stresses can influence the rate of crack growth under cyclic loading and hence affect the life of the structure. Because the level of residual stress may change during service, measurement of these changes is necessary for accurate life prediction of the structures. The measurement of welding-induced residual stress using strain gages poses significant problems, the most important being the potential damage to the gages by high temperatures generated in the welding process. This laboratory study was undertaken to assess the suitability and signal stability of commercially available resistive strain gages for the measurement of postweld residual stresses in a submarine hull structure. Adhesively bonded and weldable-type strain gages were attached to the surface of a 35 mm thick steel plate, which was then subjected to thermal cycles similar to those encountered during welding construction of a submarine pressure hull. This paper describes the strain gage application procedure, changes in the strain gage output at end of each experimental stage and the history of changes in the residual stress.     

New method to determine restrained-shrinkage stresses in propellant-grain models

This paper deals with the photoelastic determination of restrained-shrinkage stresses which may be produced by curing or by thermal effects in models of solid propellant grains bonded to the case. Use is made of the birefringence exhibited in the curing process of a restrained polyurethane rubber. The techniques developed to take advantage of this property are shown in detail. The method can also be applied to the determination of the residual stresses produced in the curing process of a propellant cast around a rigid insert. An example of this application is also given. The extension of the method, using epoxies, to three-dimensional analyses is pointed out.     

应用增量理论考虑应变硬化效应包辛格效应和温度对机械性质影响的自增强厚壁圆筒分析

本文提出的采用增量理论的分析模型和方法可以定量分析应变硬化、包辛格效应和材料机械性质随温度变化等因素对自增强厚壁圆筒中残余应力和操作应力分布的影响.厚壁圆筒看成由N个同轴薄壁圆筒套在一起组成的构件;采用包括弹性、塑性和温度应变的增量型本构关系和相容条件导出了自增强圆筒的基本方程;设计了计算机程序并给出了分析实例。分析结果表明,应变硬化会减小塑性区并降低残余应力;包辛格效应使反向屈服容易出现;温度升高将使残余应力和热应力松驰.     

The analysis of thermal residual stresses near the apex in bonded dissimilar materials

By employing the complex variable method and constructing the particular solution sequences in the form of complex functions, all the cases of the thermal residual stress field near the apex in dissimilar materials bonded with two arbitrary angles are researched theoretically, and the corresponding classical solutions are obtained. Moreover, the primary paradox, the secondary paradox and even the triple paradox are discovered in the classical solutions and also resolved here, thereby it is confirmed that thermal residual stresses near the apex in bonded dissimilar materials probably possess the singularities of lnr (when the primary paradox occurs) , ln²r (when the secondary paradox occurs) and even ln³r (when the triple paradox occurs) . In addition, the systematic method to solve multiple paradox problems is put forward. © 1999 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

非稳态纯滚动接触弹塑性分析

建立了二维弹塑性非稳态循环纯滚动接触有限元模型.材料本构采用一种较好的循环塑性模型,并通过材料用户子程序在通用有限元软件ABAQUS中自定义该本构模型.通过在弹塑性无限半空间表面上重复移动随时间按简谐规律变化的赫兹法向载荷来模拟非稳态循环纯滚动接触过程.通过数值模拟,得到接触表面附近的残余累积变形、应变和残余应力.不同的最大赫兹接触压力对残余应力和残余应变影响较大.在简谐变化的法向接触载荷作用下接触表面的变形呈波浪形,随着滚动次数的增加,该波状表面沿载荷移动相反方向逐渐移动,但移动速率要衰减.波状表面波谷处的残余应力、应变和变形大于波峰处.随滚动次数的增加,残余应力增大但很快趋于稳定,残余应变也增大但增大速率衰减.     

应用干涉云纹测量工艺应力分布

本文就冷胀孔周残余应力分布的测量技术和干涉螺接孔周干涉应力分布的测量技术进行了实验研究。沿着径向将试件切割,以释放欲测的应力,同时用干涉云纹技术测量由于释放应力而引起的附加应变场。文中还就残余应力在循环载荷作用下的松弛问题进行了实验研究。提供了典型的实验结果,讨论了引起实验误差的主要原因。     

两相材料V形切口应力强度因子边界元分析

建立了边界元法计算两相材料粘结V形切口奇异应力场的新途径。在V形切口尖端挖出一小扇形,将该扇形弧线边界的位移和面力表示为有限项奇性指数和特征角函数的线性组合,其组合系数即为广义应力强度因子,将该组合回代到在被挖去小扇形后的剩余结构内建立的边界积分方程,离散后可求解出组合系数,获得两相材料粘结V形切口尖端的应力强度因子。算例证明了本文方法的有效性。