均布载荷下含偏心裂纹椭圆盘的应力强度因子计算

本文用边界配置方法计算了不同情形下含偏心裂纹椭圆盘受均布载荷时的应力强度因子。在其特例——圆盘情形,用本文方法所得结果与Tweed等人用积分变换方法所得结果一致。本文结果也适用于含偏心裂纹椭圆轴的断裂分析。与其他方法相比。本文方法原理简明,计算量小,具有良好的计算精度和收敛性。同时,本文所采用的应力函数和计算过程可以推广到其他载荷下不同形状含偏心裂纹盘的断裂分析。     

集中载荷下含偏心裂纹椭圆盘的应力强度因子计算

本文采用边界配置方法计算了受集中载荷作用时椭圆盘中偏心裂纹两端的应力强度因子,其中包括椭圆两半轴不同比值。不同裂纹长度和不同偏心程度的情况,在其特例椭圆盘中心裂纹情形,本文结果与Isida一致;在圆盘偏心裂纹情形,本文给出比Rooke等人更好的结果。     

压电材料三维V形切口端部力电耦合奇异场分析

对于压电材料元器件,往往由于裂纹/切口而导致结构存在应力奇异性和电奇异性的现象。本文主要研究压电材料在力电耦合情形下的三维柱向V形切口问题。针对压电材料,结合Maxwell方程和Williams渐近展开式,推导并建立了三维柱向V形切口在力电耦合情形下的特征微分方程组,并采用插值矩阵法获得了其在不同边界条件下的奇性指数,算例表明,本文方法具有良好的计算精度。本文方法也适用于裂纹尖端的奇异性分析,且具有程序操作方便,前处理工作量小等优点。     

两种各向异性材料界面共线裂纹的反平面问题

本文研究两种各向异性材料界面共线裂纹的反平面剪切问题。利用复变函数方法，提出了一般问题公式和某些实际重要问题的封闭形式解。考察了裂纹尖端附近的应力分布并给出了应力强度因子公式。从本文解签的特殊情形，可以直接导出两种各向同性材料界面裂纹，均匀各向异性材料共线裂纹以及均匀各向同性材料共线裂纹的相应问题公式，其中包括已有的经典结果。     

表面荷载作用下半无限层状介质中的裂纹分析

分析了半无限层状介质中的正方形裂纹。层状材料的层面互相平行,外部荷载作用在边界面上,正方形裂纹平行于层面。基于Yue基本解的数值方法和线弹性断裂力学叠加原理,首先采用一种数值方法获得无裂纹半无限层状介质的应力场,然后将计算得到的应力按叠加原理施加在裂纹面上,并采用另一种数值方法计算此情形下裂纹面的间断位移,最后采用裂纹面的间断位移计算应力强度因子。结果显示:I型和II型应力强度因子的变化与裂纹所处的位置关系密切;层状介质中的裂纹张开和滑移受到不同介质存在的影响,进而影响到裂纹的应力强度因子。建议的数值方法可用于分析复杂荷载作用下层状介质中裂纹的断裂力学特性。     

平面应力裂纹稳态扩展的弹塑性大变形有限元分析

本文根据平面应力弹塑性断裂的带状颈缩区模型,以裂纹顶端颈缩区的相对伸长达到材料延伸率作为裂纹扩展的准则,采用塑性大变形的基本方程和有限元方法,计算了含中心裂纹的铝合金薄板在均匀拉伸作用下的裂纹稳态扩展过程,计算结果与实验结果符合很好。     

带裂纹组合柱的扭转

本文联合使用组合柱体扭转的单层势函数解及均质柱体扭转的单裂纹解,对带有裂纹的组合柱体的扭转作了讨论,最后将问题归结为解一组混合型积分方程,并为其建立了数值方法,对于裂纹与材料分界面接触的情形,本文通过积分方程组的主部分析,精确地求得了奇性指数的特征方程。文中对组合柱的抗扭刚度和裂纱端点的应力强度因子作了数值计算,与文献上已有的结果符合很好。     

含币形裂纹的压电体在点力和点电荷作用下的裂纹张开位移

本文利用Chen和Shioya给出的在横观各向同性压电无限体内币形裂纹上下表面作用对称法向点力和点电荷情形下的解,结合压电材料之功的互等定,用初等函数的形式给出了在压电无限体中任意一点作用任意点力和点电荷情形下币形裂纹的张开位移,并对PZT－4压电陶瓷和非压电材料作了计算分析。     

裂纹纹尖弹塑性应力应变场的实验研究和数值分析

本文分别采用激光和白光DSCM(数字散斑相关测量)方法对聚碳酸脂材料的裂纹尖端弹塑性应力、应变场进行了实验研究，两种方法都取得了较好的结果,有限元计算采用了各向同性多线性随动强化的本构模型，较好地模拟了材料应力、应变曲线，并对裂纹尖端进行了有限元网格的细化,通过对实验结果和有限元计算结果的比较，可以发现两者具有相近的趋势。     

用边界元方法分析复合材料中的裂纹问题

利用层状材料的广义Klevin基本解，建立了计算三维层状材料中的裂纹边界元方法。采用边界元方法中的多区域方法和能反映均匀介质中裂纹尖端应力场和位移场特征的面力奇异单元。裂纹的应力强度因子由裂纹面上的位移经插值计算得到。算例分析表明，本文建议的方法可以获得较高的计算精度。     

两种各向异性材料界面周期裂纹的反平面问题

研究两种各向异性材料界面含周期裂纹的反平面剪切问题，运用复变函数方法，获得了封闭形式解答，并给出了应力强度因子公式。从本文解签的特殊情形，可直接导出均匀各向异性材料共线裂纹，两种各向同性材料界面裂纹的相应问题公式。     

平面应力的弹塑性断裂模型及其有限元分析

本文根据文献对薄钢板试样的实验分析,提出一个平面应力的弹塑性断裂模型——带状颈缩区模型.将Dugdale模型推广到弹塑性变形场情形.用弹塑性全量理论和增量理论的有限元法,分别计算了具有中心裂纹的薄宽板受均匀拉仲情形的裂纹张开位移、应力应变场.结果表明Burdekin设计曲线在一定条件下才是安全的,本文计算的裂纹张开位移与一些实验测量结果符合良好.     

任意分布参数疲劳裂纹扩展寿命的可靠性分析

针对工程中疲劳裂纹扩展过程带有很大的随机性,采用Paris-Erdogan公式计算了两端承受均布拉伸载荷的边缘斜裂纹板的疲劳裂纹扩展寿命.裂纹扩展方向采用最大周向应力准则.在此基础上,以材料属性和载荷为随机变量,用随机有限元法结合计算可靠度的四阶矩法,分析了分布参数为任意分布时的疲劳裂纹扩展寿命可靠度对极限寿命的变化规律.通过算例说明本文方法的结果与Monte-Carlo Simulation的结果误差很小,对疲劳设计有一定的指导意义.     

裂尖大应变细观断裂研究

本文用反映空穴形核成长的Gurson本构方程来描述裂尖区域材料在大应变情形下的力学特性，并进一步考虑了空穴演变对材料杨氏模量的影响。文中用上述本构方程分别结合弹塑性大应变有限元方法对平面应变I型裂纹问题作了计算，分析了裂尖应力分布、裂尖形状变化和裂尖空穴演变过程，并与用Prandtl-Reuss本构方程教育处的结果作了比较。     

考虑T-stress的非正态随机参数疲劳裂纹扩展寿命的可靠性分析

基于断裂力学的疲劳裂纹扩展寿命问题的研究常常将裂纹尖端应力展开项的高次项忽略,引起了裂纹扩展模拟的误差,本文考虑高次项T-stress对裂纹扩展角的影响,对裂纹扩展过程做了数值模拟,结果显示相同裂纹扩展长度下,考虑T-stress会延长裂纹扩展寿命。文章首先采用修正的Paris-Erdogan 公式计算了两端承受均布拉伸载荷的边缘斜裂纹板的疲劳裂纹扩展寿命,裂纹扩展方向采用两参数修正的最大拉应力准则。由于结构尺寸,材料特性和载荷等因素具有不确定性,导致疲劳裂纹扩展过程带有一定的随机性,本文以材料属性和载荷为随机变量,在随机有限元法的基础上,结合计算可靠度的四阶矩法,Edgeworth级数展开方法,提出随机参数服从任意分布时的结构疲劳裂纹扩展寿命可靠度的计算方法。分析了参数为非正态分布时的平板裂纹扩展寿命可靠度随裂纹扩展的变化过程。本文方法可预测工程中板裂纹的扩展行为,以及预测裂纹板的可靠度。     

双周期平行四边形排列裂纹反平面问题的有限元分析

提出了双周期平行四边形排列裂纹反平面问题的有限元方法,通过对单位胞元引入周期边界条件,在裂纹尖端采用奇异单元,解决了有限元分析这类问题的效率和精度问题.利用Ansys软件计算,在各种有解析解对照的情形下,应力强度因子的相对误差都在0.2%以内.与现有通常限于对称阵列的双周期裂纹的研究相比,本文发展的方法适用于一般的非对称平行四边形裂纹阵列.算例揭示了行向裂纹间的相互干涉放大应力强度因子,而叠向裂纹间的作用相互屏蔽.对于平行四边形阵列的情形,这两种相反的干涉效应使应力强度因子与裂纹错动参数间呈现非单调依赖关系.     

梯度材料中矩形裂纹的对偶边界元方法分析

采用对偶边界元方法分析了梯度材料中的矩形裂纹. 该方法基于层状材料基本解,以非裂纹边界的位移和面力以及裂纹面的间断位移作为未知量. 位移边界积分方程的源点配置在非裂纹边界上,面力边界积分方程的源点配置在裂纹面上. 发展了边界积分方程中不同类型奇异积分的数值方法. 借助层状材料基本解,采用分层方法逼近梯度材料夹层沿厚度方向力学参数的变化. 与均匀介质中矩形裂纹的数值解对比,建议方法可以获得高精度的计算结果. 最后,分析了梯度材料中均匀张应力作用下矩形裂纹的应力强度因子,讨论了梯度材料非均匀参数、夹层厚度和裂纹与夹层之间相对位置对应力强度因子的影响.      

多裂纹扩展分析的边界元方法

采用边界元数值模拟和即时等效材料常数计算相结合的办法，只需模拟一个裂纹的扩展情况便可预测裂纹体的整体响应。针对准脆性材料的特点，采用粘性裂纹模型模拟裂纹开裂行为；采用二次裂纹扩展量作为增量控制变量，避免了软化及失稳分析中用力或位移作控制变量时遇到的困难。针对二交裂纹扩展路径未知情况，给出了预测和修正裂纹开裂界面的迭代技术，分析计算了含多个规则分布裂纹石膏板受压时的响应，并与实验结果进行了比较。结果表明该文方法的可行性与有效性。     

一种随机裂纹结构的裂纹扩展路径分析方法

裂纹结构中存在大量不确定性因素,如裂纹长度、材料性质、外部载荷等,裂纹扩展路径的不确定性分析对研究随机裂纹结构损伤和断裂的力学特性并预测其性能及可靠性具有重要意义。本文提出了一种适应于混合载荷模式下随机裂纹结构的裂纹扩展路径分析方法。该方法考虑了裂纹长度、材料性质和外部载荷等的随机性,并通过蒙特卡洛方法对随机参数空间进行采样。采用比例边界有限元方法计算结构应力强度因子,进而模拟单次裂纹扩展路径。在此基础上,通过概率分析方法获得随机裂纹结构中裂纹扩展路径的统计特性。最后给出了两个数值算例验证了本文方法的有效性。     

非均匀弹性双曲冷却塔的动力计算

本文分析讨论了工程中钢筋混凝土结构的材料特性,提出了一种考虑非均匀配筋的钢筋混凝土材料本构关系——非均匀弹性本构方程。在此基础上,本文又进一步研究了混凝土出现裂纹后的钢筋混凝土材料本构关系式,提出了一种计算混凝土具有局部裂纹群的钢筋混凝土材料本构方程式。 根据文中所提的本构方程,本文采用轴对称有限单元对双曲冷却塔的动力特性、阵风响应分别作了计算,其数值结果同分别按等效各向同性、正交各向异性所计算得到的结果进行了对比,比较结果表明,这三种模型除了频率比较相近之外,振型和风振系数都有较大的差异。