应用通用权函数法计算热机载荷作用下三维界面裂纹的应力强度因子

热机载荷共同作用下双材料、复合材料中的裂纹扩展往往发生在界面处，并且工程中实际遇到的裂纹大多数是三维裂纹，传统的求解热冲击及机械载荷共同作用下界面裂纹应力强度因子的数值方法如有限元、边界元法计算量大，计算效率低。由于通用权函数仅仅与裂纹体的几何形状有关，与载荷、时间无关，求解应力强度因子时避免了反复的应力分析，计算效率大大提高, 通用权函数法非常适合计算复杂冲击载荷下应力强度因子分布的过渡过程。根据Betti互易原理，本文推导出了三维界面裂纹问题通用权函数法的普遍表达式，并给出了热机载荷共同作用下三维界面I型、Ⅱ型和Ⅲ型裂纹问题通用权函数法的有限元格式. 通过实例计算比较，表明此方法得到的结果可以达到满意的工程应用精度。     

三维无限体中两平行平片裂纹相互干扰的超奇异积分方程解法

本文利用三维断裂力学的超奇异积分方程求解理论，对三维无限体中两平行平片裂纹在任意载荷作用下的相互干扰问题作了研究。首先导出了以裂纹面移间断（位借）为未知函数的超奇异积分方程组，然后为其建立了有限积分边界元法；在此基础上，讨论用了裂纹面位移间断计算应力强度因子的方法，最后用此计算了两平行平片裂纹的相对位置对裂前沿应力强度因子的影响，其数值结果令人满意。     

用子域边界元法研究各向异性材料中的界面裂纹

用子域边界元法研究各向异性材料中的界面裂纹，在边界元公式中，采用了带特征根的基本解，以增量形式的边界积分方程为基础，通过二次等参元及国分之一面力奇异远离散化处理，可以得到各子域的代数方程组，依据凝集技术，可得到仅含有子域公共边界及裂纹边界未知量的求解方程组，通过迭代法，可以寻求到每种载荷作用下的裂纹所处的真实状态，然后，由文献「２」中的方法求解界面裂纹的应力强度因子。结果表明，子域边界方法是正确的     

三维有限体中两平行裂纹干扰问题的有限部积分与边界元法

利用Ｓｏｍｉｇｌｉａｎａ公式及有限部积分的概念，导出含两平行平片裂纹三维有限体裂纹干扰问题的超奇异积分方程组，联合使用有限部积分与边界元法，建立了数值求解方法，为提高数值计算结果的精度，在裂纹前疝附近单元，采用平方根位移模型，并在此基础雌出直接计算应力强度因子的公式，最后计算若干典型例子裂纹前沿的应力强度因子。     

改进的奇异边界法模拟三维位势问题

奇异边界法是与基本解法相对应的一种边界型无网格数值离散方法. 该方法提出了源点强度因子的概念, 克服了传统基本解方法中最复杂最头疼的虚拟边界问题.基于边界元法中处理奇异积分的数值处理技术, 导出了源点强度因子的解析表达式, 提出了改进的无网格奇异边界法, 并进一步将该方法应用于三维位势问题. 该方法消除了传统方法中样本点的选取, 在不增加计算量的前提下, 极大地提高了奇异边界法的计算精度与稳定性.     

三维有限体平片裂纹的超奇异积分方程与边界元法

利用Ｓｏｍｉｇｌｉａｎａ公式及有限部积分的概念，导出了含任意平片裂纹三维有限体问题的超奇异积分方程组，并联合使用有限部积分与边界元法，建立了数值求解方法．在裂纹前沿附近单元，采用与理论分析一致的平方根位移模型，以提高数值结果的精度．最后计算了若干典型例子的应力强度因子．     

界面裂纹问题中的通用权函数法

热载荷和机械载荷共同作用下复合材料中的裂纹扩展往往发生在界面处.传统求解热冲击及机械载荷共同作用下界面裂纹尖端的应力强度因子的数值方法(如有限元、边界元法等),计算工作量大、效率低.通用权函数与时间无关,运用通用权函数法可以免除对每个时刻的应力分析,计算效率可得到很大提高.本文将通用权函数法推广到求解热载荷和机械载荷共同作用下界面裂纹尖端的应力强度因子过渡过程的问题中,推导出求解平面双材料界面裂纹问题应力强度因子的通用权函数法计算格式.基于此格式,计算热载荷和机械载荷共同作用下界面裂纹尖端的应力强度因子.通过实例计算比较,表明此方法得到的结果可以达到与相互作用积分法相当的工程应用精度.最后,应用此方法研究了热障涂层受热冲击及表面力共同作用时裂纹长度以及涂层厚度对应力强度因子的影响.结果表明:在一定边界条件下,当热障涂层中存在边缘裂纹时,随着涂层厚度的增加,更容易导致裂纹的扩展和涂层的剥落.     

基于边界元法的非均质薄板弯曲问题的解

本文用边界元法研究非均质无限域弹性薄板弯曲问题.在数值实施过程中,对于夹杂和基体分别形成边界积分方程.通过离散边界积分方程,得到相应的方程组,然后结合界面条件,最终获得问题的求解方程组.在界面的相关量求得之后,可以根据需要来求解基体和夹杂中的有关位置的弯矩.数值结果与已有的解做了对比.     

瞬态热传导问题的精细积分-双重互易边界元法

采用双重互易边界元法结合精细积分法求解二维含热源的瞬态热传导问题。针对边界积分方程中热源项和温度关于时间导数项引起的域积分,采用双重互易法处理,将域积分转换为边界积分。采用边界元法将边界积分方程离散后,得到关于时间的微分方程组,并利用精细积分法处理其中的指数型矩阵;对于微分方程组中由边界条件和热源项引起的非齐次项,采用解析的方法计算。为了比较精细积分-双重互易边界元法的计算效果,同时使用有限差分法计算温度对时间的导数项。通过数值算例验证了本文方法的有效性和精确性。计算结果表明:时间步长对于精细积分-双重互易边界元法的结果影响较小,而有限差分法对时间步长比较敏感且只在时间步长选取较小时有效;当选取较大时间步长时,精细积分-双重互易边界元法依然具有良好的计算精度。     

一种基于直接计算高阶奇异积分的断裂力学双边界积分方程分析法

相对于有限元法,边界单元法在求解断裂问题上有着独特的优势,现有的边界单元法中主要有子区域法和双边界积分方程法.采用一种改进的双边界积分方程法求解二维、三维断裂问题的应力强度因子,对非裂纹边界采用传统的位移边界积分方程,只需对裂纹面中的一面采用面力边界积分方程,并以裂纹间断位移为未知量直接用于计算应力强度因子.采用一种高阶奇异积分的直接法计算面力边界积分方程中的超强奇异积分;对于裂纹尖端单元,提供了三种不同形式的间断位移插值函数,采用两点公式计算应力强度因子.给出了多个具体的算例,与现存的精确解或参考解对比,可得到高精度的计算结果.     

垂直磁压电材料界面三维裂纹的超奇异积分法

应用有限部积分概念和广义位移基本解，垂直于磁压电双材料界面三维复合型裂纹问题被转 化为求解一组以裂纹表面广义位移间断为未知函数的超奇异积分方程问题. 进而，通过主部 分析法精确地求得裂纹尖端光滑点附近的奇性应力场解析表达式. 然后，通过将裂纹表面 位移间断未知函数表达为位移间断基本密度函数与多项式之积，使用有限部积分法对超奇异 积分方程组建立了数值方法. 最后，通过典型算例计算，讨论了广义应力强度因子的变化规 律.     

横观各向同性压电材料中裂纹问题的边界元法

采用Somigiliana公式给出了三维横观各向同性压电材料中的非渗漏裂纹问题的一般解和超奇异积分方程，其中未知函数为裂纹面上的位移间断和电势间断．在此基础上，使用有限部积分和边界元结合的方法，建立了超奇异积分方程的数值求解方法，并给出了一些典型数值算例的应力强度因子和电位移强度因子的数值结果，结果令人满意．     

Finite-part integral and boundary element method for interaction between two parallel planar cracks in three-dimensional finite bodies

By using the Somigliana representation and the concepts of finite-part integrals, a set of hypersingular integral equations of the interaction between two parallel planar cracks in a three-dimensional finite body subjected to arbitrary loads is derived, and then its numerical method is proposed by the finite-part integral method combined with the boundary element method. According to the analytic theory of hypersingular integral equations, the square root models of displacement discontinuities in the elements near the crack front are applied, and thus the computational precision is raised. Based on this, the stress intensity factors can be directly calculated. Finally, the stress intensity factors of several typical interaction problems are calculated.     

Finite-part integral and boundary element method to solve three-dimensional crack problems in piezoelectric materials

Using the hypersingular integral equation method based on body force method, a planar crack in a three-dimensional transversely isotropic piezoelectric solid under mechanical and electrical loads is analyzed. This crack problem is reduced to solve a set of hypersingular integral equations. Compare with the crack problems in elastic isotropic materials, it is shown that for the impermeable crack, the intensity factors for piezoelectric materials can be obtained from those for elastic isotropic materials. Based on the exact analytical solution of the singular stresses and electrical displacements near the crack front, the numerical method of the hypersingular integral equation is proposed by the finite-part integral method and boundary element method, which the square root models of the displacement and electric potential discontinuities in elements near the crack front are applied. Finally, the numerical solutions of the stress and electric field intensity factors of some examples are given.     

Application of hypersingular integral equation method to three-dimensional crack in electromagnetothermoelastic multiphase composites

A three-dimensional crack problem in electromagnetothermoelastic multiphase composites (EMTE-MCs) under extended loads is investigated in this paper. Using Green’s functions, the extended general displacement solutions are obtained by the boundary element method. This crack problem is reduced to solving a set of hypersingular integral equations coupled with boundary integral equations, in which the unknown functions are the extended displacement discontinuities. Then, the behavior of the extended displacement discontinuities around the crack front terminating at the interface is analyzed by the main-part analysis method of hypersingular integral equations. Analytical solutions for the extended singular stresses, the extended stress intensity factors (SIFs) and the extended energy release rate near the crack front in EMTE-MCs are provided. Also, a numerical method of the hypersingular integral equations for a rectangular crack subjected to extended loads is put forward with the extended displacement discontinuities approximated by the product of basic density functions and polynomials. In addition, distributions of extended SIFs varying with the shape of the crack are presented. The results show that the present method accurately yields smooth variations of extended SIFs along the crack front.     

磁电热弹耦合材料三维多裂纹超奇异积分法

用超奇异积分方程法将多场耦合载荷作用下磁电热弹耦合材料内含任意形状 和位置三维多裂纹问题转化为求解一以广义位移间断为未知函数的超奇异积分方程组问题， 退化得到内含任意形状平行三维多裂纹问题的超奇异积分方程组；推导出平行三维多裂纹问 题的裂纹前沿广义奇异应力场解析表达式、定义了广义(应力、应变能)强度因子和广义能量 释放率；应用有限部积分概念及体积力法，为超奇异积分方程组建立了数值求解方法，编制 了FORTRAN程序，以平行双裂纹为例，通过典型算例，研究了广义(应力、应变能)强度因子 随裂纹位置、裂纹形状及材料参数变化规律，得到裂纹断裂评定准则. 最后，分析了裂纹间 干扰、屏蔽作用及其在工程实际中的应用.     

Hypersingular integral equation method for a three-dimensional crack in anisotropic electro-magneto-elastic bimaterials

Using Green’s functions, the extended general displacement solutions of a three-dimensional crack problem in anisotropic electro-magneto-elastic (EME) bimaterials under extended loads are analyzed by the boundary element method. Then, the crack problem is reduced to solving a set of hypersingular integral equations (HIE) coupled with boundary integral equations. The singularity of the extended displacement discontinuities around the crack front terminating at the interface is analyzed by the main-part analysis method of HIE, and the exact analytical solutions of the extended singular stresses and extended stress intensity factors (SIFs) near the crack front in anisotropic EME bimaterials are given. Also, the numerical method of the HIE for a rectangular crack subjected to extended loads is put forward with the extended crack opening dislocation approximated by the product of basic density functions and polynomials. At last, numerical solutions of the extended SIFs of some examples are obtained.