非线性断裂动力学中的路径无关积分和断裂准则

本文考虑非线性断裂动力学中的路径无关积分和断裂准则.在讨论中计入了动力效应和裂纹的传播现象,考虑了裂纹在非线性弹性介质中的传播以及在弹塑性介质中的传播二种情况,作出了一些相应的路径无关积分.作为例子.讨论了裂纹的定常传播情况.最后,给出了这种路径无关积分的力学意义.说明它可用来作为非线性断裂动力学的一种断裂准则.     

论非线性连续介质热-力耦合系统中的动力裂纹传播

在许多工程问题中,热-力耦合是重要的,而不能加以忽略.核反应堆工程就是这样的一个例子.本文讨论非线性连续介质的热-力耦合系统中的裂纹传播问题.各种的非线性介质,包括非线性弹性、弹塑性介质,被加以考虑,并且给出了相应情况下的各种路径无关积分.为了解释这些积分的物理含义,通过考虑一个缺口试件的裂纹传播,证明热-力耦合系统中的动力裂纹扩展力就等于这一路径无关积分.因此,就可利用这些积分来构作热-力耦合系统断裂动力学的非线性断裂准则.     

复合材料平面断裂中的J积分

本文采用复变函数方法,首先将裂纹尖端应力和位移代入J积分的一般公式得到了线弹性正交异性复合材料单向板复合型裂纹尖端的J积分的复形式,其次证明了该J积分的路径无关性,最后推出了该J积分的计算公式.作为特例,给出了线弹性正交异性复合材料单向板Ⅰ,Ⅱ型裂纹尖端的J积分的复形式,路径无关性和计算公式.     

线弹性正交异性复合材料板Ⅰ,Ⅱ型裂纹尖端的J积分

本文借助于复变函数方法,通过将J积分化为复形式,首先证明了线弹性正交异性复合材料板Ⅰ、Ⅱ型裂纹尖端附近的J积分的路径无关性,继而推出了该J积分在Δ<0和Δ>0两种情况下的计算公式.这对于将J积分应用于复合材料平面断裂的理论研究和实验校核中去,具有一定的参考价值.     

关于复合材料单层板裂纹尖端的J积分

该文采用复变函数方法,通过将裂纹尖端的应力和位移代入J积分的一般公式,推出了线弹性正交异性复合材料单层板受对称载荷作用的非弹性主方向的裂纹尖端犑积分的复形式－ 复变函数积分的实部,证明了该J积分的路径无关性,得到了它的具体计算公式     

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.     

层状陶瓷的材料力和裂纹力评估方法

用J积分理论分析了层状陶瓷受弯曲载荷作用时J_(far(0)),J far(a),J_(far(a))-J_(far(0))和J_(tip)的特点,这里J_(far(0)),J_(far(a))分别表示无裂纹时和裂纹长度为a时的远场J积分,J_(tip)表示裂尖J积分.裂纹是垂直于界面的表面裂纹,基本假设是裂纹只影响局部应力应变场.由于积分路径所包围的材料界面长度随积分路径变化,导致J_(far(0))和J_(far(a))都随积分路径变化,但当积分路径远离裂纹影响区域时J_(far(a))-J_(far(0))不再随路径变化.J_(far(a))-J_(far(0))可作为非均匀材料断裂的远场驱动力参量,J_(tip)-(J_(far(a))-J_(far(0)))可用来评价材料非均匀性对裂纹扩展驱动力的促进或抑制作用.     

一类奇异二阶边值问题的正周期解

考察了一类奇异二阶周期边值问题,其中非线性项f(t,u)是局部Caratheódory函数.主要工具是高度函数,它描述了非线性项f(t,u)在有界集合上的增长特性.通过考察高度函数的积分获得了单个或多重正解存在的几个充分条件.我们的工作表明这种存在性与非线性项f(t,u)在u=0附近的性质无关.     

层状弹性材料界面J积分的产生和特征

层状弹性材料的裂纹方向垂直于界面时,沿围绕裂尖的任意一条封闭路径Γ的J积分（J_Г）由两部分组成,J_Г=J_tip+J_int,这里J_tip表示裂尖产生的J积分,J_int表示Γ所包围的界面产生的J积分.裂尖产生的J积分不随Γ变化,物理含义是裂纹扩展能量释放率;界面产生的J积分随Γ变化,物理含义与裂纹扩展能量释放率无关.界面J积分的产生使J_Г失去了路径无关特性,也失去了实际物理意义.为了有助于理解非均匀材料J积分的含义和局限性,分析了层状弹性材料界面J积分的产生原因和特点.由不同均匀弹性材料组成的层状材料中,应变能密度的跳跃是界面J积分产生的原因,而弹性模量和残余应力在界面处的跳跃可使应变能密度在界面处产生跳跃.层状弹性材料的界面J积分之间具有相互抵消的作用.     

关于含裂纹的复合材料的一个细观断裂模型

本文研究复合材料的小范围屈服断裂过程.首先,提出了含裂纹复合材料的一个细观断裂模型,其中对裂纹顶端的外部地区采用连续介质各向异性描述,对裂纹顶端的小范围地区则采用多相的描述.多相区中考虑三种材料成分,即纤维、界面和基体,它们都可被看作是非线性的,并计入有限变形的影响.我们应用边界层——非线性有限元方法作出本问题的解.     

偏斜应变能J*积分及应用

引进偏斜应变能的概念，对平面裂纹起裂扩展问题进行了讨论，给出了一个与路径无关的J^*积分，同时对其守恒性给予了严格的证明，通过Ⅰ型裂纹的应用，其结果与现行公开发表的献或手册结果一致。     

压电压磁复合材料中一对平行裂纹对弹性波的散射

利用Schmidt方法对压电压磁复合材料中一对平行对称裂纹对反平面简谐波的散射问题进行了分析,借助富里叶变换得到了以裂纹面上的间断位移为未知变量的对偶积分方程．在求解对偶积分方程的过程中,裂纹面上的间断位移被展开成雅可比多项式的形式,最终获得了应力强度因子、电位移强度因子、磁通量强度因子三者之间的关系．结果表明,压电压磁复合材料中平行裂纹动态反平面断裂问题的应力奇异性与一般弹性材料中的动态反平面断裂问题的应力奇异性相同,同时讨论了裂纹间的屏蔽效应．     

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。     

含内聚裂纹弹性体的能量释放率与断裂能

根据内聚裂纹模型,含裂纹的弹性体在裂纹尖端附近存在一内聚区,内聚区断裂参数表达是其核心研究内容.该文假定弹性平板直线裂纹尖端存在一带状内聚区,并由一条虚拟线裂纹代替,其张开位移与内聚力存在确定的非线性函数关系.以Ⅰ型边裂纹为例,导出了满足虚拟裂纹条件的解析解;在此基础上给出了物理裂纹尖端扩展的能量释放率G_a、内聚裂纹尖端扩展的能量释放率G_b的计算公式;讨论了G_b,J积分和断裂能G_F之间的关系;从理论上证明了临界能量释放率G_bc就是断裂能G_F,G_bc可以作为含内聚区材料裂纹失稳扩展的断裂参数.提出的方法适用于所有含Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型内聚裂纹的弹性体.     

八次对称二维准晶中的Ⅱ型裂纹

发展了八次对称二维准晶材料的断裂理论.应用Fourier变换与对偶积分方程理论,得到了八次对称二维准晶材料Ⅱ型Griffith裂纹的精确解析解,并由此确定了应力强度因子和应变能释放率,讨论了与相位子场有关结果的物理意义以及晶体与准晶体裂纹问题力学行为的差别,这些为研究此新固体材料的变形和断裂提供了重要的信息.     

三维横观各向同性介质界面裂纹的边界积分方程方法

基于两相三维横观各向同性介质的基本解和Somigliana恒等式,对三维横观各向同性介质中的任意形状的平片界面裂纹,以裂纹面上的不连续位移为待求参量建立了超奇异积分_微分方程,界面平行于横观各向同性面.根据发散积分的有限部积分理论,应用积分方程方法研究得到裂纹前沿的位移和应力场的表达式、奇性指数以及应力强度因子的不连续位移表达式.在非震荡情形下,超奇异积分_微分方程退化为超奇异积分方程,与均匀介质的超奇异积分方程形式完全相同.     

固体内任意元素的边界积分变分定理——任意裂纹开展时能量释放率的计算

根据[1～2]中提出的离散型固体力学及其变分原理的基础上,本文形成四种类型的元素的边界积分变分定理.当进行断裂分析时,可用它们计算沿裂纹边界法线方向的能量释解率;在有孔洞时,当在孔洞边界存在或不存在外力作用的情况下,可用它们计算沿孔洞边界法线方向的能量改变量;当进行离散分析时,也可以用来建立离散方程.以便求解待解函数值.并且由本文分析可知,在[3]中提出的J积分形式是不确切的.     

具有尺度结构和时滞的种群系统遍历性与最优控制

研究带有时滞的尺度结构种群模型,它是一类包含全局反馈的偏泛函积分微分方程.利用特征线方法确立了状态系统的适定性,借助积分方程和积分变换证明了系统的强遍历性:种群各尺度类别的个体数量占总量之比渐近于常数,与初始分布无关.运用非线性分析中的切锥法锥理论描述了最优策略的结构,证实了最优策略的存在唯一性.     

玻璃态高聚物损伤断裂的非平衡统计理论

从细观层次的微裂纹在银纹内扩展模型出发,结合断裂力学与断裂动力学描述了裂尖前缘银纹质断裂所引起的微裂纹扩展动力学过程.把银纹几何结构和力学参数引入到微裂纹演化方程中,得到了随时间演化的微裂纹尺寸统计分布函数,并给出了微裂纹尺寸矩生成函数与任意阶宏观损伤函数.若微裂纹之间不存在相互作用且微裂纹在材料内部随机取向时,推导出了玻璃态高聚物的断裂几率及可靠性的普遍解析表达式.当微裂纹数目较大时,得到了断裂几率的极限形式——Gumbel分布及平均断裂强度与方差.     

关于平面断裂中的J积分

本文利用复变函数和微积分的理论讨论线弹性各向同性均匀材料板和正交异性复合材料板Ⅰ、Ⅱ型裂纹尖端附近的J积分,得到了下列结果: (1)将各个J积分统一化为对坐标的曲线积分的标准形式:J=∫_rP(x,y)dx+Q(x,y)dy (2)证明了各个J积分的路径无关性. (3)推出了各个J积分的具体计算公式.