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相似文献
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1.
圆夹杂内裂纹对SH波的动力响应   总被引:1,自引:0,他引:1  
陆建飞  蔡兰  柳春图 《力学学报》2003,35(5):623-627
利用特殊函数的Graf加法公式和波函数展开方法得出了圆夹杂内作用集中力的格林函数.根据Bessel函数的渐近性质,对所得格林函数的奇异部分和有界部分进行了分离.利用所得的格林函数和互易定理得出了圆夹杂内裂纹在SH波作用下的散射场.根据裂纹的散射场建立了圆夹杂内裂纹的超奇异积分方程.对超奇异积分方程的数值求解,可得裂纹端点的动应力强度因子。  相似文献   

2.
平面夹杂模型在纤维增强型复合材料中有广泛应用.复合材料内部通常含有不规则形状夹杂,而夹杂物的存在能严重影响材料的机械力学性能,往往导致应力集中及裂纹萌生等失效先兆.先前关于多边形夹杂的研究大多数关注受均匀本征应变下的应力/应变解,而对位移的分析较少. 基于格林函数方法和围道积分,本文给出了平面热夹杂边界线单元的封闭解析解,可方便应用于受任意分布本征应变的任意形状平面热夹杂位移场的数值计算.当夹杂受均匀本征应变时, 只需将该夹杂边界进行一维离散,因而本文方法可直接得出受均匀分布热本征应变的任意多边形夹杂位移场的封闭解析解.当夹杂区域存在非均匀分布本征应变时,可将该区域划分为足够小的三角形单元进行数值计算. 众所周知,应力应变场在多边形夹杂顶点处具有奇异性,容易导致数值计算上的处理困难及相应的数值稳定性问题; 然而本文工作表明,在多边形顶点处位移场是连续有界的, 因而数值稳定性较好.本文算法可以便捷高效地通过计算机编程实现. 文中给出的验证算例,均体现了本文离散方法的高精度、以及计算编程的鲁棒性.   相似文献   

3.
论文研究具有圆内旋轮线型形状夹杂域的平面热弹性体在夹杂域内非均匀温度场作用下对弹性场所产生的影响,其中考虑的夹杂与基体的材料不同但是具有相同的剪切模量。借助黎曼映射理论,将平面光滑闭合曲线外部区域映射到单位圆外部区域,进而利用解析函数性质,结合柯西型积分与Faber多项式,求解得到夹杂域内外场势函数的显式解。通过得到的势函数求出内外场应力,并对应力分布进行分析,结果表明:一般形状异质夹杂时,内场应力值与有限元计算值相吻合;退化到椭圆同质夹杂时,与相关文献中的结果相同,但是更具一般性与实际可操作性。  相似文献   

4.
平面夹杂模型在纤维增强型复合材料中有广泛应用.复合材料内部通常含有不规则形状夹杂,而夹杂物的存在能严重影响材料的机械力学性能,往往导致应力集中及裂纹萌生等失效先兆.先前关于多边形夹杂的研究大多数关注受均匀本征应变下的应力/应变解,而对位移的分析较少.基于格林函数方法和围道积分,本文给出了平面热夹杂边界线单元的封闭解析解,可方便应用于受任意分布本征应变的任意形状平面热夹杂位移场的数值计算.当夹杂受均匀本征应变时,只需将该夹杂边界进行一维离散,因而本文方法可直接得出受均匀分布热本征应变的任意多边形夹杂位移场的封闭解析解.当夹杂区域存在非均匀分布本征应变时,可将该区域划分为足够小的三角形单元进行数值计算.众所周知,应力应变场在多边形夹杂顶点处具有奇异性,容易导致数值计算上的处理困难及相应的数值稳定性问题;然而本文工作表明,在多边形顶点处位移场是连续有界的,因而数值稳定性较好.本文算法可以便捷高效地通过计算机编程实现.文中给出的验证算例,均体现了本文离散方法的高精度、以及计算编程的鲁棒性.  相似文献   

5.
利用复变函数方法和叠加原理建立了求解刚性线夹杂问题的弱奇积分方程,利用Cauchy型奇异积分方程主部分方法,研究了穿过反平面圆夹杂界面的曲线型刚性线夹杂在界面交点处点处的奇性应力指数以及交点处角形域内的奇性应力,并定义了交点处的应力奇性因子。利用所得的奇性应力指数,通过对弱奇异积分方程的数值求解,得出了刚性线端点和交点处的应力奇性因子。  相似文献   

6.
于宁宇  李群 《力学学报》2014,46(1):87-93
M积分在材料构型力学中表征着缺陷自相似扩展的能量释放率,而有效弹性模量下降量在传统损伤力学中是一个具有内变量属性的损伤参数. 探讨了两者之间的特定关系,以此为材料构型力学与损伤力学搭建桥梁.借助穆斯海里什维利(Muskhelishvili)复势函数方法获取无限大弹性平面含圆形夹杂的弹性场解,根据M 积分的复势函数解析表达式得到M 积分与夹杂弹性模量的显式表达式. 随后通过有限元分析,对含复杂缺陷群的弹塑性材料进行数值模拟,结果表明内部缺陷区域的有效弹性模量下降与M 积分存在着特定关系. 基于此,提出利用材料构型力学中的外变量参数(M 积分)来替代损伤力学中的内变量参数(弹性模量下降量)描述材料的缺陷演化.   相似文献   

7.
刘又文  杨班权 《力学季刊》2003,24(1):142-145
研究含双周期分布的圆形刚性夹杂在无穷远受纵向剪切的弹性平面问题,遵循复合材料中各夹杂相互影响的重要条件。采用复变函数方法。构造相应模型的复应力函数。通过坐标变换,同时满足夹杂边界位移条件,再利用围线积分将求争方程组化为线性代数方程组。导出了圆形刚性夹杂双周期分布的界面应力解析表达式。算例给出了界面应力最大值与夹杂间距的变化规律。求出了刚性夹杂的合理间距问题,本文发展的分析方法为研究夹杂材料的细观机理探索了一条有效的分析途径。  相似文献   

8.
本文研究任意形状夹杂域在受到远端均匀荷载和均匀本征应变作用下的弹性场问题,其中基体和夹杂的材料不同但具有相同的剪切模量。利用等效理论将远端均匀荷载引起的扰动转化为等效均匀本征应变的作用,再利用K-M势函数表达扰动场问题的界面连续条件;借助于黎曼映射定理,用洛朗多项式将平面光滑闭合曲线外部区域映射到单位圆外部区域,借助柯西积分公式和Faber多项式求解了等剪切本征应变下夹杂和基体的K-M势函数的显式解析解,其中考虑了夹杂相对于基体的刚体位移。将得到的结果与相关文献的结果进行对比,表明了本论文的方法和结果是有效的和正确的。  相似文献   

9.
开发了一种多边形夹杂角端部超级单元模型,并将其与传统四节点单元组装,用于分析热-机载荷下结构中多边形夹杂角端部的应力场.与机械载荷作用下超级单元模型的区别在于,该模型将夹杂角部邻域应力场分为奇异项和非奇异项,而奇异性项又可分解为热致部分和力致部分.在数值计算中,首先分析了单正方形夹杂问题,验证了模型的有效性,考察了材料匹配的影响;然后分析了双正方形夹杂的干涉问题,考察了夹杂间距的影响.结果表明,当前模型可避免局部网格的高度加密,从而提高有限元计算的效率.  相似文献   

10.
在材料制备和机械设计中,局部温升是造成材料失效和故障形成的重要因素之一.依照微观力学中,采用热夹杂模型可以定量深入地揭示与局部温升所关联的力学机理.在过往的研究中,受均匀热本征应变的夹杂模型广受关注;而相关非均匀分布的热本征应变问题,因其理论推导复杂而研究不多.论文首先给出在平面无限域中,受线性分布热本征应变作用的多边形夹杂的位移场解析解.基于格林函数法和围道积分,推导边界线单元的位移响应封闭解,该解通过叠加可直接给出线性热本征应变作用下的任意多边形夹杂的解析表达式.受到有限元分析中等参单元思想的启发,论文进一步将这种“等参元”方法扩展至求解Eshelby夹杂问题中.在该研究中,三角形单元的本征应变插值公式与位置坐标变换式均使用了相同的形函数与节点参数,因而所构建的单元模型称为等参三角形夹杂模型.论文方法可便捷地用于处理受任何分布热本征应变的任意形状二维Eshelby夹杂问题.相较于传统的有限元分析,论文所构建的数值求解方案实施方便且优势明显:只需在夹杂域上进行三角形网格剖分、而无需在无限的基体域上划分网格,因而可以极大地提高前处理便捷性及计算效率.此外,论文所给出的多边形夹杂解析解,...  相似文献   

11.
Using the slender inclusion model developed earlier the elastostatic interaction problem between a penny-shaped crack and elastic fibers in an elastic matrix is formulated. For a single set and for multiple sets of fibers oriented perpendicularly to the plane of the crack and distributed symmetrically on concentric circles the problem is reduced to a system of singular integral equations. Techniques for the regularization and for the numerical solution of the system are outlined. For various fiber geometries numerical examples are given and distribution of the stress intensity factor along the crack border is obtained. Sample results showing the distribution of the fiber stress and a measure of the fiber-matrix interface shear are also included.  相似文献   

12.
Reviewed in this work are the methods of finite and boundary element as applied to solve fracture mechanics problems. The former requires the discretization of the interior of the domain while the latter involves computing an integral equation over the boundary of the domain. Applications of these methods are made to two-dimensional elastic crack problems. Efficiency and accuracy of different approaches are discussed and compared by examples. The boundary element procedure employing special Green's functions for the plane crack problem is shown to be superior. The correlation between the hybrid element formulations and boundary element regions embedded into a finite element model is also given.  相似文献   

13.
提出了一种将有限元和差分线法相结合求解无穷域势流问题的算法。用两同心圆将求解域划分为存在重叠的有限和无限两个区域,在有限和无限域上分别用有限元和差分线法求解Laplace方程边值问题。用差分线法推导出的关系式修正有限元方程,求解该方程组从而得到原问题的解。本算法将求解无穷域问题转化为代数特征值问题和有限域内线性方程组的...  相似文献   

14.
The hybrid time-domain boundary element method, together with the multi-region technique, is applied to simulate the dynamic process of propagation and/or kinking of an interface crack in a two-dimensional bi-material. The whole bi-material is divided into two regions along the interface. The traditional displacement boundary integral equations are employed with respect to each region. However, when the crack kinks into the matrix material, the non-hypersingular traction boundary integral equations are used with respect to the part of the crack in the matrix. Crack propagation along the interface is numerically modelled by releasing the nodes in the front of the moving crack-tip controlled by the fracture criterion. Kinking of the interface crack is controlled by a criterion developed from the quasi-static one. Once the crack kinks into the matrix, its propagation is modeled by adding new elements of constant length to the moving crack-tip controlled by a criterion extended from the quasi-static maximum circumferential stress. The numerical results of the crack growth trajectory for different material combinations are computed and compared with the corresponding experimental results. Good agreement between numerical and experimental results implies that the present boundary element numerical method can provide an excellent simulation for the dynamic propagation and deflection of an interface crack.  相似文献   

15.
This paper is concerned with the elastic wave scattering induced by a penny-shaped interface crack in coated materials. Using the integral transform, the problem of wave scattering is reduced to a set of singular integral equations in matrix form. The singular integral equations are solved by the asymptotic analysis and contour integral technique, and the expressions for the stress and displacement as well as the dynamic stress intensity factors (SIFs) are obtained. Using numerical analysis, this approach is verified by the finite element method (FEM), and the numerical results agree well with the theoretical results. For various crack sizes and material combinations, the relations between the SIFs and the incident frequency are analyzed, and the amplitudes of the crack opening displacements (CODs) are plotted versus incident wavenumber. The investigation provides a theoretical basis for the dynamic failure analysis and nondestructive evaluation of coated materials.  相似文献   

16.
A new formulation is described which combines the most robust attributes of the volume finite element and surface integral equation approaches to electromagnetic boundary value solutions. The result is a numerical technique which may be applied to scattering problems involving configurations having metallic surfaces and inhomogeneous penetrable material situated in open spatial regions. This is accomplished by way of coupling internal region finite element modal field solutions to equivalent currents on the surrounding boundary surface through an appropriate surface integral equation. The method is demonstrated for the special case of scattering by axisymmetric inhomogeneous penetrable objects. Example numerical calculations are presented for validation of the procedure and potential problem areas are discussed.  相似文献   

17.
IntroductionWiththedevelopmentofparticleandfiberreinforcedcomposites,theinclusion_crackinteractionproblemisbecominganimportantfieldbeingstudied .Andasamodel,itisalsousedtostudytheeffectsofmaterialdefectsonthestrengthandfractureofengineeringstructure.TheinterationbetweencircularinclusionandcrackwasstudiedinRefs.[1 -6 ] ;InRefs.[7-1 2 ] ,theinterationbetweenlineinclusionandcrackswasdiscussed ;TheinterationbetweenellipticalinclusionandcrackwasstudiedinRefs.[1 3,1 4] .However,withthedevelopmento…  相似文献   

18.
Introduction Withthedevelopmentofmodernindustry,compositesareincreasinglybeingappliedto agreatnumberofimportantstructures.Todeterminethemacroscopicaleffective characteristicsofcompositesisanessentialprobleminmanyengineeringapplications.The macroscopicalef…  相似文献   

19.
郭树起 《力学学报》2020,52(1):73-81
边界元方法作为一种数值方法, 在各种科学工程问题中得到了广泛的应用.本文参考了边界元法的求解思路, 从Somigliana等式出发, 利用格林函数性质,得到了一种边界积分法, 使之可以用来寻求弹性问题的解析解.此边界积分法也可以从Betti互易定理得到. 应用此新方法, 求解了圆形夹杂问题.首先设定夹杂与基体之间完美连接, 将界面处的位移与应力按照傅里叶级数展开,根据问题的对称性与三角函数的正交性来简化假设, 减少待定系数的个数.其次选择合适的试函数(试函数满足位移单值条件以及无体力的线弹性力学问题的控制方程),应用边界积分法, 求得界面处的位移与应力的值. 然后再求解域内位移与应力.得到了问题的精确解析解, 当夹杂弹性模量为零或趋向于无穷大时,退化为圆孔或刚性夹杂问题的解析解. 求解过程表明,若问题的求解区域包含无穷远处时, 所取的试函数应满足无穷远处的边界条件.若求解区域包含坐标原点, 试函数在原点处位移与应力应是有限的.结果表明了此方法的有效性.   相似文献   

20.
由于Helmholtz方程的基本解是频率的函数,因此传统边界元法在处理声场特征值问题时具有天生的缺陷。本文采用Laplace方程基本解生成积分方程,通过径向积分法将在此过程中产生的域积分项转化为边界积分。此方法克服了传统边界元法系数矩阵对频率的依赖,同时克服了特解积分法对特解的依赖,并通过对表面声导纳的多项式逼近,将敷设多孔吸声材料声腔特征值问题转化为矩阵多项式,从而避免了复杂的非线性求解。通过数值算例验证了算法的有效性。  相似文献   

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