权函数法研究高速旋转厚壁筒的应力强度因子

采用厚壁筒在内压作用下的应力强度因子作为参考载荷的应力强度因子,通过权函数方法推导出了内壁带二维径向边裂纹的旋转厚壁筒的应力强度因子公式．这些公式可用于计算旋转厚壁筒在不同裂纹深度、转速、材料和尺寸情况下的应力强度因子．算例表明该文的公式具有良好的精度．同时还研究了旋转圆筒应力强度因子随裂纹深度和内外径比之间的变化规律,方便了工程应用．     

统一的解理断裂统计模型

根据微裂纹的解理断裂强度服从三参数Weibull分布的假设和最薄弱链理论,推导出了低合金结构钢的解理断裂统计模型.由模型的一般表达式结合裂纹、缺口和光滑试样具体的应力分布,进一步推导出了这三种试样的解理断裂统计模型.并以临界应力强度因子K_IC、断裂载荷L_F和断裂真应力σ_F作为控制参量,分别建立了裂纹、缺口和光滑试样的解理断裂统计判据.采用热模拟技术,在15MnVN钢中得到了焊接过热区粒状贝氏体组织,在-196—20℃的温度范围内,对热模拟后的材料分别进行了光滑试样的单轴拉伸试验、缺口试样的四点弯曲试验、裂纹试样的三点弯曲试验,所测得的光滑试样的断裂真应力、缺口试样的断裂载荷以及裂纹试样的K_IC与统计模型所预测的相应参量的变化趋势及其分散带完全一致,从而在扩展控制的解理温度区间里,首次统一了不同试样、加载方式条件下材料的解理断裂行为.     

双材料界面裂纹平面问题的半权函数法

应用半权函数法求解双材料界面裂纹的平面问题．由平衡方程、应力应变关系、界面的连续条件以及裂纹面零应力条件推导出裂尖的位移和应力场,其特征值为lambda及其共轭．设置特征值为lambda的虚拟位移和应力场,即界面裂纹的半权函数A·D2由功的互等定理得到应力强度因子KⅠ和KⅡ以半权函数与绕裂尖围道上参考位移和应力积分关系的表达式．数值算例体现了半权函数法精度可靠、计算简便的特点．     

八次对称二维准晶Ⅱ型单边裂纹的动力学问题

依据准晶弹性-流体动力学模型,采用有限差分方法,探讨了八次对称二维准晶Ⅱ型单边裂纹的动力学问题.首先分析了相同载荷的不同加载时间、不同的加载位置以及不同的试样尺寸对裂纹尖端处声子场应力强度因子的影响;其次分析了不同的声子场相位子场耦合弹性常数对相位子场位移分量的影响;最后分析了板端加载与裂纹面加载对动态应力强度因子的影响.计算结果表明:大小相同的脉冲载荷,加载的时间越长,无量纲化的应力强度因子越大,其曲线逐渐趋近于阶跃载荷下的曲线;试样宽度越宽,应力强度因子由零到非零需要的时间越长,无量纲化的应力强度因子值越小,说明应力强度因子与试样的尺寸有关系;声子场相位子场耦合弹性常数越大相位子场的位移分量也越大,这是因为相位子场的边界没有载荷,相位子场位移的作用力来自声子场,声子场起主导作用;而裂纹面加载和板端加载是不等价的,前者的无量纲化应力强度因子的变化幅度比后者大,这与板端加载更容易导致材料断裂的事实相一致.     

拉伸偏心椭圆孔板的应力集中系数表达式

先用半解析半经验的方法推导出拉伸中心椭圆孔有限宽板应力集中系数的显式表达式．将其计算结果和Durelli的光弹性实验结果、Isida公式以及有限元分析结果比较可知,新推导公式的精度较高,且适用范围更广．再用类似的方法推导出拉伸偏心椭圆孔板应力集中系数的显式表达式．经与Isida的公式和有限元分析结果比较可知,该公式适用范围更广、精度更高．当偏心距在一定范围内,误差小于8%．根据应力集中系数与应力强度因子的关系,由已得到的应力集中系数得出拉伸中心裂纹有限宽板和拉伸偏心裂纹板的应力强度因子．经与已有公式以及有限元分析结果比较可知,该应力强度因子表达式也有足够的精度．     

圆孔内单边（或双边）裂纹平台巴西圆盘应力强度因子的全面标定

虽然径向压缩含内单边裂纹的圆环型试样已有学者进行了分析,但在该试样上增加有益于加载的平台,就形成了新的试样——圆孔内单边裂纹平台巴西圆盘（holed single cracked flattened Brazilian disc,HSCFBD),并对其进行了研究.此外,对圆孔内（双边）裂纹平台巴西圆盘（holed cracked flattened Brazilian disc,HCFBD）做了进一步研究.通过有限元分析,对含有不同内外半径比、无量纲裂纹长度、平台角的HSCFBD和HCFBD的无量纲应力强度因子Y进行了全面标定,给出Y的曲线和拟合公式,拟合公式计算结果与数值标定结果相对误差在±1.39%以内.分析了试件形状参数对应力强度因子的影响:内外半径比越大,平台角越小,无量纲应力强度因子越大.根据应力强度因子的变化规律,推荐了适合测试Ⅰ型断裂韧度的HSCFBD和HCFBD的参数.进行了HCFBD的初步试验,还用国际岩石力学学会建议的人字形切槽巴西圆盘做了对比试验.     

预制V型裂纹尖端应力强度因子的研究

本文提出了爆炸载荷作用下预制V型裂纹的复变应力函数,并用Westergaard方法推导了预制V型裂纹尖端的应力场和位移场,从而得到了V型裂纹尖端的应力强度因子.爆破试验结果表明了公式的正确性.     

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％。     

剪切载荷作用下含损伤胶接材料界面动应力强度因子的研究

主要针对剪切载荷作用下,胶接材料接合区域界面裂纹尖端动态应力强度因子进行了分析,其中考虑了裂尖区域的损伤．通过积分变换,引入位错密度函数,奇异积分方程被简化为代数方程,并采用配点法求解;最后经过Laplace逆变换,得到动态应力强度因子的时间响应．Ⅱ型动应力强度因子随着黏弹性胶层的剪切松弛参量、弹性基底的剪切模量和Poisson比的增加而增大;随膨胀松弛参量的增加而减小．损伤屏蔽发生在裂纹扩展的起始阶段．裂纹尖端的奇异性指数(-0.5)是与材料参数、损伤程度和时间无关的,而振荡指数由黏弹性材料参数控制．     

平面弹性裂纹分析的一种有效边界元方法

提出了一种简单而有效的平面弹性裂纹应力强度因子的边界元计算方法．该方法由Crouch与Starfield建立的常位移不连续单元和闫相桥最近提出的裂尖位移不连续单元构成A·D2在该边界元方法的实施过程中,左、右裂尖位移不连续单元分别置于裂纹的左、右裂尖处,而常位移不连续单元则分布于除了裂尖位移不连续单元占据的位置之外的整个裂纹面及其它边界．算例(如单向拉伸无限大板中心裂纹、单向拉伸无限大板中圆孔与裂纹的作用)说明平面弹性裂纹应力强度因子的边界元计算方法是非常有效的．此外,还对双轴载荷作用下有限大板中方孔分支裂纹进行了分析．这一数值结果说明平面弹性裂纹应力强度因子的边界元计算方法对有限体中复杂裂纹的有效性,可以揭示双轴载荷及裂纹体几何对应力强度因子的影响．     

带复合型摩擦裂纹的圆盘动态断裂实验有限元分析

为验证考虑裂纹面接触和动态荷载时,中心裂纹巴西圆盘（CCBD）试件用于分离式Hopkinson压杆（SHPB）系统中测量脆性材料复合型动态断裂韧度的可行性,以及研究裂纹面接触对动态断裂韧度实验结果的影响.通过有限元法建立SHPB CCBD三维有限元模型,计算了不同加载条件下CCBD试件的动态应力强度因子（DSIF）.结果表明:在实验中,将考虑裂纹面接触的应力强度因子(SIF)准静态公式推广为动态公式,需要判定断裂时间是否达到应力平衡的时间条件;压剪复合型加载时,裂纹面接触导致裂纹面应力变化,会对Ⅱ型裂纹的DSIF产生显著影响,不考虑裂纹面接触的影响将会导致Ⅱ型DSIF的测试值偏大.     

Computation of mixed mode stress intensity factors in a four-point bend specimen

Four-point bend specimen is one of the most important specimens of the fracture mechanics because it can produce mixed modes I and II. Therefore, computation of stress intensity factors in this specimen is of practical interest. Several relations have been suggested that no one of them has completely considered the effects of the loading point and crack geometry. In this paper, mixed mode stress intensity factors of the bend specimen are computed by finite element method (FEM) and after validating by comparing with the available results in the literature, the results will be assessed to determine the effects of different crack location and loading distances from the middle of the specimen. Finally, two new coefficients comprising these effects are introduced.     

Exact solution of four cracks originating from an elliptical hole in one-dimensional hexagonal quasicrystals

Based on the Stroh-type formalism for anti-plane deformation, the fracture mechanics of four cracks originating from an elliptical hole in a one-dimensional hexagonal quasicrystal are investigated under remotely uniform anti-plane shear loadings. The boundary value problem is reduced to Cauchy integral equations by a new mapping function, which is further solved analytically. The exact solutions in closed-form of the stress intensity factors for mode III crack problem are obtained. In the limiting cases, the well known results can be obtained from the present solutions. Moreover, new exact solutions for some complicated defects including three edge cracks originating from an elliptical hole, a half-plane with an edge crack originating from a half-elliptical hole, a half-plane with an edge crack originating from a half-circular hole are derived. In the absence of the phason field, the obtainable results in this paper match with the classical ones.     

Transient response of dissimilar piezoelectric layers with multiple interacting interface cracks

In this study, we examine the dynamic behavior of two bonded dissimilar piezoelectric layers containing multiple interfacial cracks subjected to electro-mechanical impact loading. The problem was formulated through Fourier transformation into singular integral equations in which the unknown variables are the jumps of displacement and electric potential across the crack surface in the Laplace transform domain. The resulting integral equations together with the corresponding single-valued conditions are solved numerically for the densities of electro-elastic dislocations on a crack surface. The dynamic field intensity factors and dynamic energy release rate (DERR) history are obtained for both permeable and impermeable crack. The stress field is also obtained for the interface crack under impact loads. The results show that the field intensity factors at the crack tips and dynamic energy release rate depend on the interfacial crack geometry, electromechanical coupling and the electric boundary conditions on the crack surface.     

一维六方压电准晶中正六边形孔边裂纹的反平面问题

研究了一维六方压电准晶中正六边形孔边裂纹的反平面问题,利用复变函数中的Cauchy积分公式,通过构造保角映射函数,在电非渗透型的边界条件下得到了孔边裂纹尖端的应力分布以及场强度因子的解析解.通过数值算例,讨论了正六边形的边长和裂纹长度以及剪应力对场强度因子的影响.     

椭圆孔边裂纹对SH波的散射及其动应力强度因子

采用复变函数和Green函数方法求解具有任意有限长度的椭圆孔边上的径向裂纹对SH波的散射和裂纹尖端处的动应力强度因子．取含有半椭圆缺口的弹性半空间水平表面上任意一点承受时间谐和的出平面线源荷载作用时的位移解作为Green函数,采用裂纹“切割”方法,并根据连续条件建立起问题的定解积分方程,得到动应力强度因子的封闭解答．讨论了孔洞的存在对动应力强度因子的影响．     

非对称载荷作用的外部圆形裂纹问题

使用边界积分方程方法,研究了三维无限弹性体中受非对称载荷作用的外部圆形裂纹问题。通过使用Fourier级数和超几何函数,将问题的二维边界奇异积分方程简化为Abel型方程,获得了一般非对称载荷作用的外部圆形裂纹问题的应力强度因子精确解,比用Hankel变换法得到的结果更为一般。结果表明:边界积分方程法在解析分析方面还有很大的潜力。     

复合型裂纹应变能释放率逐点闭合的外推逼近研究

提出用外推逼近法计算复合型裂纹的应变能量释放率的新方法,闭合能计算时,采用逐点闭合的方法。避免了某些文献中闭合能计算不能自治的缺点:"当沿经向闭合节点多于两个时,裂纹(脱层)前端节点力乘位移已计算了闭合能,中间点还要重复计算闭合能"。具体计算了DCB(双悬臂梁)试件并与理论解进行了比较,吻合度优于其他方法。同时,又计算了紧凑拉伸试件、三点弯曲试件、单边裂纹试件,均取得满意结果。与理论解比较,误差可控制在1%之内。此方法可以广泛用于类似复合材料脱层裂纹的断裂力学分析。