具确定弱区域正交各向异性薄板的弹塑性屈曲分析

基于弹塑性力学和损伤理论,建立了一个与应力球张量有关的具损伤正交各向异性材料的混合硬化屈服准则,该准则无量纲化后与各向同性材料的Mises准则同构,在此基础上,建立了正交各向异性材料的增量型和全量型弹塑性损伤本构方程,并以具确定弱区域正交各向异性矩形薄板为例,根据屈曲时的能量准则和全量理论,以等效塑性应变为内变量,对其弹塑性屈曲问题进行了分析,讨论了几何参数和弱区域对正交各向异性薄板弹塑性屈曲临界应力的影响.     

复杂应力状态镍基单晶合金低周疲劳损伤模型

根据连续介质损伤力学理论,采用应变能释放率作为热力学广义力描述正交异性材料的疲劳损伤过程,引入取向函数考虑镍基单晶合金晶体取向对疲劳损伤的非线性影响,提出了一个各向异性疲劳损伤模型。应用多元线性回归分析方法,拟合疲劳试验数据可确定模型参数。从应变能释放率的应变空间表达式出发,导出了含有3个弹性常数的单晶合金应变三轴性因子,它既反映了材料性能的晶体取向相关性,又反映了正应力和剪应力的相互作用,并可退化为各向同性材料的应变三轴性因子。利用该模型对CMSX-2镍基单晶合金在应力控制对称循环拉-扭载荷作用下的低周疲劳寿命进行预测,预测值与试验值吻合的相当好,试验所得数据均落在2.2倍偏差的分布带内。     

复合材料层合板面内渐进损伤分析的CDM模型

基于连续介质损伤力学,提出了一个预测复合材料层合板面内渐进损伤分析的模型,它包括损伤表征、损伤判定和损伤演化3 部分. 模型能够区分纤维拉伸断裂、纤维压缩断裂、纤维间拉伸损伤和纤维间压缩损伤4 种损伤模式,定义了与4 个损伤模式对应的损伤状态变量,导出了材料主轴系下损伤前后材料本构之间的关系. 损伤起始采用Puck 准则判定,损伤演化由特征长度内应变能释放密度控制. 假定材料服从线性应变软化行为,建立了损伤状态变量关于断裂面上等效应变的渐进损伤演化法则. 模型涵盖了复合材料面内损伤起始、演化直至最终失效的全过程. 完成了含孔[45/0/-45/90]_2S 层合板在拉伸和压缩载荷下失效分析,结果表明该模型能合理进行层合板的强度预测和损伤失效分析.      

复合材料层合板面内渐进损伤分析的CDM模型简

基于连续介质损伤力学,提出了一个预测复合材料层合板面内渐进损伤分析的模型,它包括损伤表征、损伤判定和损伤演化3 部分. 模型能够区分纤维拉伸断裂、纤维压缩断裂、纤维间拉伸损伤和纤维间压缩损伤4 种损伤模式,定义了与4 个损伤模式对应的损伤状态变量,导出了材料主轴系下损伤前后材料本构之间的关系. 损伤起始采用Puck 准则判定,损伤演化由特征长度内应变能释放密度控制. 假定材料服从线性应变软化行为,建立了损伤状态变量关于断裂面上等效应变的渐进损伤演化法则. 模型涵盖了复合材料面内损伤起始、演化直至最终失效的全过程. 完成了含孔[45/0/-45/90]_2S 层合板在拉伸和压缩载荷下失效分析,结果表明该模型能合理进行层合板的强度预测和损伤失效分析.     

基于能量原理的双稳态各向同性柱壳力学特性研究

双稳态结构可以在伸展和卷拢两种状态下均保持稳定,作为一种新型可展开空间结构,其在航空航天等领域具有广阔的应用前景。选取各向同性材料作为研究对象,并假定该材料为理想弹塑性材料。建立柱壳的力学计算模型,推导结构变形时应变能的解析表达式,基于能量原理导出柱壳在两个稳定状态下的卷曲半径。结果表明,基于全量理论和增量理论的模型均能反映结构的双稳态特性,但后者能更准确地预测两个稳态对应的卷曲半径的大小。对于文中给定的柱壳,全量理论导出的卷曲半径R3x相对于增量理论结果误差为5.2%~11.6%,R5y相对误差为29.8%~41.3%。另外,应用有限元软件ABAQUS对各向同性柱壳结构的双稳态过程进行数值模拟,数值结果与增量理论结果的相对误差为0.9%~13.2%,二者吻合较好。     

含微裂纹和椭球颗粒介质的强度及本构关系

针对含随机分布微裂纹及椭球颗粒的复合材料，通过考虑椭球颗粒内的本征应变及其与微裂纹的相互作用，利用等效夹杂方法研究了微裂纹损伤对材料有效模量和强度的影响，推导了复合材料的细观应力场及本构关系，并导出了材料破坏的临界条件．     

基于介观力学信息的颗粒材料损伤——愈合与塑性宏观表征

本文在二阶计算均匀化框架下提出了颗粒材料损伤--愈合与塑性的多尺度表征方法. 颗粒材料结构在宏观尺度模型化为梯度Cosserat连续体,在其有限元网格的每个积分点处定义具有离散颗粒介观结构的表征元. 建立了表征元离散颗粒系统的非线性增量本构关系. 表征元周边介质作用于表征元边界颗粒的增量力与增量力偶矩以表征元边界颗粒的增量线位移与增量转动角位移、当前变形状态下表征元离散介观结构弹性刚度、以及凝聚到表征元边界颗粒的增量耗散摩擦力表示. 基于平均场理论与Hill定理,导出了基于介观力学信息的梯度Cosserat连续体增量非线性本构关系. 在等温热动力学框架下定义了表征颗粒材料各向异性损伤--愈合和塑性的损伤、愈合张量因子与综合损伤、愈合效应的净损伤张量因子和塑性应变. 此外,定义了损伤和塑性耗散能密度与愈合能密度,以定量比较材料损伤、愈合、塑性对材料失效的效应. 应变局部化数值例题结果显示了所建议的颗粒材料损伤--愈合--塑性表征方法的有效性.      

具有体膨胀和剪切效应的结构陶瓷相变塑性细观本构模型:Ⅰ.非比例加载历史

本文在对结构陶瓷的四方至单斜(t→m)马氏体相变进行细观力学、热力学和微观机制分析的基础上,导出了在非比例加载条件下考虑材料的体膨胀和剪切效应的相变塑性细观本构模型。作者首次采用 Mori-Tanaka 方法以自洽的方式导出了材料构元的 Helmho-ltz 自由能及余能函数的解析表达式,它是外加宏观应力(或应变)、温度、相变夹杂体积分数以及夹杂内平均相变应变的函数,其中夹杂体积分数和平均相变应变为描述材料构元微结构变化的内变量。最后按 Hill-Rice 本构理论框架导出相变塑性屈服面方程及增量本构关系。     

基于介观力学信息的颗粒材料损伤-愈合与塑性宏观表征

本文在二阶计算均匀化框架下提出了颗粒材料损伤-愈合与塑性的多尺度表征方法.颗粒材料结构在宏观尺度模型化为梯度Cosserat连续体,在其有限元网格的每个积分点处定义具有离散颗粒介观结构的表征元.建立了表征元离散颗粒系统的非线性增量本构关系.表征元周边介质作用于表征元边界颗粒的增量力与增量力偶矩以表征元边界颗粒的增量线位移与增量转动角位移、当前变形状态下表征元离散介观结构弹性刚度、以及凝聚到表征元边界颗粒的增量耗散摩擦力表示.基于平均场理论与Hill定理,导出了基于介观力学信息的梯度Cosserat连续体增量非线性本构关系.在等温热动力学框架下定义了表征颗粒材料各向异性损伤-愈合和塑性的损伤、愈合张量因子与综合损伤、愈合效应的净损伤张量因子和塑性应变.此外,定义了损伤和塑性耗散能密度与愈合能密度,以定量比较材料损伤、愈合、塑性对材料失效的效应.应变局部化数值例题结果显示了所建议的颗粒材料损伤-愈合-塑性表征方法的有效性.     

一个新的普遍形式的局部损伤断裂准则

利用损伤函数概念，建立了一个普遍形式的局部断裂准则。该准则考虑了局掊应力，应变和损伤历史对断裂的影响，根据损伤力学理选取了一个新的连续损伤函数，从而导出一个新的连续损伤断裂准则。新的临界断裂参数ＷＤＣ，具有明显的物理意义，且易通过试验测得，是一个不依赖于应力状态的材料九。文中还从细观力学理论和有关的试验资料出发，选取了相应的损伤函数，再现了前人的细观力学准则和经验准则。     

A transverse crack tip field in bimaterial

The asymptotic field near an interface crack tip is analyzed with the fully nonlinear theory. By dividing the crack tip field into narrowing sectors and an expanding sector, the asymptotic equations for the crack tip field are derived and solved. The singular characters of stress and strain near the crack tip are revealed.     

三点弯曲试样动态应力强度因子计算研究

利用Hopkinson压杆对三点弯曲试样进行冲击加载,采集了垂直裂纹面距裂尖2mm和与裂纹面成60°距裂尖5mm处的应变信号。根据裂尖附近测试的应变信号计算试样的动态应力强度因子,并与有限元计算结果进行比较,结果表明由于裂尖有一段疲劳裂纹区,通过裂尖附近应变信号来计算动态应力强度因子时,如果裂尖位置确定不准及粘贴应变片位置不够准确对计算结果将带来很大影响。因此利用应变片法计算动态应力强度因子时,为了获得更准确的计算结果,在实验后应对试件裂纹面进行分析测量,重新确定裂尖位置,必要时需对应变片至裂尖距离进行修正后再计算动态应力强度因子值。     

各向异性介质中SH波引起的裂纹扩展

本文利用Green函数法,求解各向异性介质中半无限长裂纹在SH波作用下,以任意速度扩展的问题。首先,利用Laplace变换和Cagniard-de Hoop反演法求解各向异性介质中反平面问题的Green函数,并利用它建立了求解裂纹扩展问题的积分方程。因为方程为Abel型的,所以可得到在SH波作用下,半无限长裂纹扩展问题的解析解。还可求得裂纹端点附近的应力和裂纹表面上位移的表达式。并对裂纹端点附近的奇异性进行讨论。最后讨论了裂纹尖端附近任一点的能量关系。并应用Griffith的能量准则,对裂纹扩展规律进行了讨论。     

断裂力学判据的评述

从Inglis 和Griffith 的著名论文到Irwin 和Rice 等的奠基性贡献,对断裂力学中的线弹性断裂力学的K判据,界面断裂力学的G判据,和弹塑性断裂力学的J 判据作了扼要的综述. 介绍了在界面断裂力学G判据的基础上提出的界面断裂力学的K判据,以说明断裂力学的判据存在改进的可能性. 在综述中归纳出断裂力学判据中目前还没有较好解决的几个问题. 在总结以往断裂力学研究经验的基础上,指出裂纹端应力奇异性的源是对断裂力学判据存在的问题作进一步研究的切入点. 探讨了裂纹端应变间断的奇点是裂纹端应力奇异性的源的问题,从而对裂纹端应力强度因子的物理意义进行了讨论. 最后,阐述了进行可靠的裂纹端应力场的弹塑性分析是改进弹塑性断裂力学判据的关键,而进行可靠的裂纹端应力场的弹塑性分析的前提是要通过裂纹端应力奇异性的源的研究来获得作用在裂纹端的造成裂纹端应变间断的有限值应力.      

可压缩理想塑性体中逐步扩展裂纹顶端的弹塑性场

本文利用理想塑性固体平面应变问题的基本方程,分析了可压缩理想塑性体中逐步扩展裂纹顶端的弹塑性场,得到了关于应力的渐近场,分析了弹性卸载区的演变过程和修正的中心扇形区的发展过程,预示了出现二次塑性区的可能性,弹性可压缩性的影响明显表现在经典的中心扇形区必需加以修正,垂直于板面方向的应力偏量不再为零,而且随着新裂纹面的形成,裂纹前方的均匀应力场和紧连着的修正的中心扇形区的应力偏量将发生变化,这种变化是由于垂直于板面方向的应力偏量发生变化造成的。     

Stress and strain field near tip of mode III growing crack in materials with creep behavior

Using a proposed constitutive relation for materials with creep behavior, the stress and strain distribution near the tip of a Mode III growing crack is examined. Asymptotic equations of the crack tip field are derived and solved numerically. The stresses remain finite at the crack tip. Obtained qualitatively is the crack tip velocity and the local autonomy of the near tip field solution is discussed.     

A MOVING CRACK IN A NONHOMOGENEOUS MATERIAL STRIP

This paper considers an anti-plane moving crack in a nonhomogeneous material strip of finite thickness. The shear modulus and the mass density of the strip are considered for a class of functional forms for which the equilibrium equation has analytical solutions. The problem is solved by means of the singular integral equation technique. The stress field near the crack tip is obtained. The results are plotted to show the effect of the material non-homogeneity and crack moving velocity on the crack tip field. Crack bifurcation behaviour is also discussed. The paper points out that use of an appropriate fracture criterion is essential for studying the stability of a moving crack in nonhomogeneous materials. The prediction whether the unstable crack growth will be enhanced or retarded is strongly dependent on the type of the fracture criterion used. Based on the analysis, it seems that the maximum 'anti-plane shear' stress around the crack tip is a suitable failure criterion for moving cracks in nonhomogeneous materials.     

Analysis of dynamic growth of a tensile crack in an elastic-plastic material

The influence of inertia on the stress and deformation fields near the tip of a crack growing in an elastic-plastic material is studied. The material is characterized by the von Mises yield criterion and J₂ flow theory of plasticity. The crack grows steadily under plane strain conditions in the tensile opening mode. Features of the stress and deformation state at points near the moving crack tip are described for elastic-perfectly plastic response and for several crack propagation speeds. It is found that inertia has a significant effect on the elastic-plastic response of material particles near the crack tip, and that elastic unloading may occur behind the crack tip for higher speeds. The relationship between the applied crack driving force, represented by a remote stress intensity factor, and the crack tip speed is examined on the basis of a critical crack tip opening angle growth criterion. The calculated result is compared with dynamic fracture toughness versus crack speed data for a 4340 steel.     

APPLICATION OF THE DIGITAL MOIRE METHOD IN FRACTURE ANALYSIS OF A CRACKED RUBBER SHEET

This paper deals with the mode I crack problem of a cracked rubber sheet under plane stress condition using the delicate digital moire technique. Through the four step phase-shifting method of automated fringe analysis, the displacement fields in the Cartesian coordinate system are given. By the coordinate-transform equation, the radial and circular displacement distributions in the polar coordinate system are obtained. The displacement isoline distributions and displacement vector distributions near the crack tip are discussed. The strain isoline distributions near the crack tip are also analyzed in this paper. Finally, the distribution rules for the mechanical fields near the crack tip are discussed with the sector division method.     

A stress criterion for crack growth

A stress criterion for crack growth was developed from test results with 7075-T6 aluminum-sheet specimens containing transverse machined cracks. Stress distributions near the crack tip were obtained using strain gages and by reducing the strain data to stresses with the aid of Reuss plasticity theory. These distributions indicated the biaxial nature of stress at the crack tip, the high stress gradients a short distance from the tip, and the variation in stress-concentration factor with crack length. Crack growth was found to occur when the effective stress at the crack root reached the engineering ultimate strength.