一维正方准晶椭圆孔口平面弹性问题的解析解

利用复变方法,引入广义保角映射,研究了一维正方准晶中具有椭圆孔口的平面弹性问题,给出了各应力分量的复变表示,并在特殊情况下转化为Griffith裂纹,得到该裂纹尖端处的应力强度因子的解析解.当准晶体的对称性增加时,正方准晶椭圆孔口平面弹性问题退化为一维四方准晶中具有椭圆孔口的平面弹性问题,同样在特殊情况下转化为Griffith裂纹,得到裂纹尖端处的应力强度因子的解析解.     

磁电弹性体中唇形运动裂纹问题分析

本文通过共形映射公式,利用复变函数方法研究了磁电弹性体中的唇形运动裂纹问题.对裂纹面上受反平面剪应力和面内磁电载荷共同作用情况,导出了磁电全非渗透型边界条件下运动裂纹尖端场应力强度因子和机械应变能释放率的解析解.当运动速度为零时这两解都退化成了静止状态下的解.通过算例,与具有相同尺寸的带双裂纹的椭圆孔口问题进行了比较,给出了两种裂纹尖端点处应力强度因子和机械应变能释放率随孔口高度h与裂纹半长a之比h/a的变化规律曲线图,得出了两种孔口裂纹问题在应力强度因子和能量释放率两方面的异同点,结果表明采用唇形孔口裂纹比采用带双裂纹的椭圆孔口能降低裂纹的扩展,这在工程建设及构件的制造上有一些指导作用.     

基于表面弹性理论的开裂椭圆孔断裂力学研究

研究纳米尺度时开裂椭圆孔的III型断裂性能。基于表面弹性理论和保角映射技术，利用复势函数理论获得了缺陷(裂纹和椭圆孔)周围应力场和裂纹尖端应力强度因子的闭合解答。所得结果具有一般性，许多已有和新的解答可由本文退化的特殊情形得到。利用解析结果讨论了缺陷的绝对尺寸、椭圆孔的形状比以及裂纹的相对尺寸对应力强度因子的影响。结果表明：考虑表面效应且缺陷尺寸在纳米尺度时，应力强度因子具有显著的尺寸依赖效应；应力强度因子随椭圆孔形状比的变化规律受缺陷表面常数的影响；缺陷表面效应的影响取决于椭圆孔的形状比，非常大的形状比屏蔽了表面效应的影响；裂纹相对尺寸非常小时表面效应影响较弱，裂纹相对尺寸较大时表面效应较为明显。     

带双裂纹的椭圆孔口问题的应力分析

利用复变方法,通过构造新的保角映射,研究了带双裂纹椭圆孔口的平面弹性问 题,得到了I型与II型裂纹问题应力强度因子的解析解.在极限情形下, 不仅可以还原经典的Griffith裂纹的结果,而且可模拟出十字裂纹和带双裂纹的圆 形孔口问题.     

双轴载荷作用下源于椭圆孔的分支裂纹的一种边界元分析

利用一种边界元方法来研究双轴载荷作用下无限大板中源于椭圆孔的分支裂纹．该边界元方法由Crouch与Starfied建立的常位移不连续单元和笔者提出的裂尖位移不连续单元构成．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,文中算例说明本数值方法对计算平面弹性裂纹的应力强度因子是非常有效的。该文对双轴载荷作用下无限大板中源于椭圆孔的分支裂纹的数值结果进一步证实本数值方法对计算复杂裂纹的应力强度因子的有效性,同时该数值结果可以揭示双轴载荷及裂纹体几何对应力强度因子的影响。     

残余应力下厚壁筒表面裂纹的应力强度因子计算

本文首先介绍了边界元法计算裂纹尖端应力强度因子的基本理论,接着利用边界元法计算了在残余应力下不同厚壁筒内表面椭圆裂纹的应力强度因子,研究了其大不随椭圆裂纹不同而变化的规律,为厚壁筒结构的设计,制造以及疲劳寿命分析提供了许多有价值的参考资料。     

空心车轴不同深度表面裂纹应力强度因子研究

分析了空心车轴的旋转弯曲载荷的特点,建立了空心轴表面周向半椭圆裂纹的模型,给出了半椭圆裂纹的构形参数定义,即形状比、深度比和裂纹前缘相对位置。采用四分之一20节点等参退化奇异单元,通过有限元计算,模拟裂纹前沿的应力奇异性。在此基础上,计算了裂纹前缘表面点和中心点的应力强度因子随着裂纹扩展深度和旋转角度的变化。计算结果表明,对于给定的裂纹构形,在车轴的一个载荷循环中,裂纹前缘同一相对位置的应力强度因子是不断变化的,不同位置的应力强度因子在达到最大值的角度也是不同的,这就导致了裂纹前缘表面点在一些角度下的扩展是不对称的。这些结果为进一步研究空心轴表面裂纹的扩展路径和寿命提供了参考。     

正交异性平面内的椭圆孔或裂纹系问题

应用Ｆａｂｅｒ级数展开和各向异性体平面问题复应力函数的方法，对于含有任意个椭圆孔或裂纹的正交异性平面，给出了孔周应力场解或孔附近裂纹应力强度因子解，其特例与前人结果一致．     

形状记忆合金椭圆孔口问题的有限单元法

基于Lagoudas形状记忆合金(SMA)三维本构模型,假设材料为各向同性,推导了SMA平面应力状态的增量型本构方程,继而编写了ABAQUS用户自定义材料(UMAT)子程序,研究了在双向拉伸情况下,外载荷、温度、椭圆孔口长短轴之比对超弹性SMA椭圆孔口板中应力诱发马氏体相变区的影响。数值结果表明:应力诱发马氏体相变首先发生在椭圆孔口长轴端点部位,在外加载荷作用下逐渐扩展到板内,并由内向外形成马氏体相区、相变混合区和奥氏体相区;SMA板内应力诱发马氏体完全相变区面积与施加外载荷成正相关,与温度成负相关;随着椭圆孔口长短轴之比增大,SMA板内应力诱发马氏体完全相变区面积呈现出先减小后增大的趋势;拉应力差值相同时,相较于拉应力沿椭圆孔口长轴方向较大的情况,当拉应力沿椭圆孔口短轴方向较大时,SMA板内完全相变区面积较大,椭圆孔口周边应力集中现象更明显。     

???仯??????????????????????о?

采用有限元方法对表面含有两个不同大小半椭圆裂纹的有限厚矩形板在拉伸载荷作用下 进行参数化求解，得到两裂纹取不同尺寸和位置坐标时附属裂纹(尺寸较小裂纹)对主 导裂纹(尺寸较大裂纹)前沿参考点($\theta= 0, \pi/2, \pi $)处的应力强 度因子的影响系数$\beta$, 然后结合神经网络技术建立了相邻裂纹尺寸和位置参 数到主导裂纹前沿点处$\beta$的多变量非线性映射关系.     

缺口根部和裂纹尖端残余应力的X射线法测定

X射线法用于缺口根部和裂纹尖端等徽区的残余应力测试的先决条件是解决缩小光束直径、提高衍射束的强度和准确设置试样等技术问题.在X射线衍射仪上借助于自行设计制造的限束对光装置和侧倾对中附件,成功地测定了缺口根部半径为1mm的喷丸残余应力场和板形试样压-压周期载荷下裂纹尖端的残余拉应力场.     

CONDITIONS FOR THE APPLICATION OF THE STRESS TRANSFORMATION FORMULA 1)

斜面应力公式,即一点应力的坐标旋转变换公式,是材料力学和弹性力学里最常用的公式之一,并广泛用于固体力学和工程设计中。一个让学生感觉例外的典型例子是含V 形切口的薄板在切口尖端的应力情况,如果利用斜面应力公式和切口面的自由面条件,就会得出切口尖点处于零应力状态的结果,而这与线弹性断裂力学给出切口处应力趋于无限大的结果不符。为消除这一疑虑,考察了尖端应力的特性,指出：只有在过一点的各个斜面上的应力是单值连续的情况下,斜面应力公式才能适用,此时,该点的全部应力分量组成应力张量。在V形切口的尖端、裂纹尖端,自由面与顺其延伸至介质内侧的面上的应力不同,应力在该面上就不是单值连续的,该点的应力状态就不能用张量表示,斜面应力公式在切口或裂纹尖端就不适用了。     

一种XFEM断裂分析的裂尖单元新型改进函数

提出了一种适用于裂尖改进单元的新型改进函数, 基于三角变换的方法, 保留裂纹尖端场的应力奇异性和裂纹上、下表面的位移不连续性, 将常规扩展有限元法裂尖改进单元的4 项改进函数缩减为2 项, 裂尖改进单元的结点由常规的8 个改进自由度减少为4 个. 采用2 个正交的水平集函数表征材料内部裂纹面, 详细阐述了改进单元类型的判别方法, 给出一种改进单元的分区域积分方案. 最后, 若干断裂力学问题经典算例的数值计算结果表明:建议的裂尖改进函数具有较高的数值精度, 该方法是十分有效的.     

THE STRESS FIELD AT MODE I CRACK TIP ON STEEL PIPE UNDER AXIAL TENSION

采用弹性断裂力学Westergaard 的方法,分析在轴向拉伸载荷作用下钢管的Ⅰ型裂纹尖端处的应力场. 基于Ⅰ型裂纹钢管应力场的特征,设定尖端处的应力艾雷函数,给出其应力场模型边界条件和应力场的解析函数,并利用裂纹尖端处的切平面研究裂纹尖端局部应力场,建立了钢管裂纹尖端应力场模型. 通过钢管与平板Ⅰ型裂纹应力场模型的对比,结果表明二者明显不同,钢管裂纹尖端处应力峰值影响范围仅与裂纹长度、拉应力相关.     

A new boundary element approach of modeling singular stress fields of plane V-notch problems

In this paper, a new boundary element (BE) approach is proposed to determine the singular stress field in plane V-notch structures. The method is based on an asymptotic expansion of the stresses in a small region around a notch tip and application of the conventional BE in the remaining region of the structure. The evaluation of stress singularities at a notch tip is transformed into an eigenvalue problem of ordinary differential equations that is solved by the interpolating matrix method in order to obtain singularity orders (degrees) and associated eigen-functions of the V-notch. The combination of the eigen-analysis for the small region and the conventional BE analysis for the remaining part of the structure results in both the singular stress field near the notch tip and the notch stress intensity factors (SIFs).Examples are given for V-notch plates made of isotropic materials. Comparisons and parametric studies on stresses and notch SIFs are carried out for various V-notch plates. The studies show that the new approach is accurate and effective in simulating singular stress fields in V-notch/crack structures.     

Determining stress intensity factors in orthotropic composites from far-field measured temperatures

We demonstrate the ability to determine stress intensity factors in orthotropic materials directly from measured temperatures away from the crack and using far-field expressions for the stresses. This is advantageous, recognizing that recorded thermoelastic data can be very unreliable near the tip of a crack. In addition to singular terms that govern in the immediate vicinity of the crack tip, the present series expressions for the stresses contain higher-order finite terms. Little measured input information is needed and data acquisition positions can be selected largely at the user's discretion.     

SINGULAR SOLUTIONS OF ANISOTROPIC PLATE WITH AN ELLIPTICAL HOLE OR A CRACK

In the present paper, closed form singular solutions for an infinite anisotropic plate with an elliptic hole or crack are derived based on the Stroh-type formalism for the general anisotropic plate. With the solutions, the hoop stresses and hoop moments around the elliptic hole as well as the stress intensity factors at the crack tip under concentrated in-plane stresses and bending moments are obtained. The singular solutions can be used for approximate analysis of an anisotropic plate weakened by a hole or a crack under concentrated forces and moments.They can also be used as fundamental solutions of boundary integral equations in BEM analysis for anisotropic plates with holes or cracks under general force and boundary conditions.     

Reliability assessment of a bi-material notch: Strain energy density factor approach

Joints of different materials have many applications in structural engineering and microelectronics. In the present contribution the joint is modelled as a bi-material notch. The singular stress field near the notch tip is investigated. Depending on the notch geometry and materials, the stress field can have one or two singularities. It is shown that to study the problem of a crack onset at the notch, both terms have to be taken into account. Criteria for the direction and for crack nucleation are formulated. The approach utilizes the knowledge of the strain energy density factor distribution in a bi-material notch vicinity.     

分子动力学模拟含不同初始缺陷单晶镍的断裂行为与应力演化

断裂是一个跨尺度复杂的物理过程，对宏观尺度的断裂行为已有深入的研究和发展，然而对微观尺度的断裂行为及断裂过程中应力场的变化缺乏深入的理解。本文通过分子动力学模拟，研究了具有不同初始缺陷(尖锐裂纹、钝裂纹和孔洞)的单晶镍的断裂行为和应力分布特征。结果表明，不同的初始缺陷导致了不同的断裂机制、断裂强度和抗断裂性能。含初始孔洞的单晶镍样品有最高的断裂强度和最强的抗断裂性能，这与孔洞扩展过程中堆积层错的形成密切相关。其次是含初始钝裂纹的样品，在裂纹扩展过程中出现由[100]超位错发射引起的裂尖钝化；含尖锐裂纹的样品表现为脆性断裂，裂尖原子没有出现微结构的变化，其强度和抗断裂性能最低。此外，不同的初始缺陷也会导致断裂过程中应力分布的变化，对含有尖锐裂纹的脆性断裂试样，高应力(拉伸应力、平均应力和米塞斯应力)总是出现在扩展裂纹的裂尖。而对于含有钝裂纹或孔洞的韧性断裂试样，高应力不仅分布在裂尖，也分布在位错发射和堆积层错形成的区域，在裂纹/孔洞扩展之前，应力随着加载时间的增加而迅速增加，而一旦裂纹或孔洞开始扩展，应力增加非常缓慢或几乎不增加，但拉伸应力值始终大于平均应力和米塞斯应力值。这表明，在I型...     

损伤材料裂纹尖端附近的应力场

本文导出了损伤材料的全量理论,导出了全量公式中H的渐近表达式;最后得到损伤材料平面应变条件下的裂纹尖端的应力应变场。