一个新的声应力系数及其确定

 为建立声焦散线与平面应力条件下裂尖应力强度因子的关系，定义了一个新的声应力系 数------声程差随应力线性变化的比例系数, 该系数的大小既取决于材料常数又取决于 耦合介质及声束的传播历程. 借助6061-T6铝、EPTI钢两种材料的实验结果，说明了确 定新的声应力系数的方法与步骤. 所得结论是：只要确定了平面应力条件下超声纵波 速度相对变化与主应力和之比，便可确定新的声应力系数.     

超声纯横波法测试45#钢的内部应力

声各向同性的金属材料在应力作用下,材料表现出声各向异性,这是用声弹性法分析材料内部应力的基础。本文用垂直于应力方向传播的超声纯横波对45#钢进行测试,测试时横波的偏振化方向分别平行和垂直于应力方向。实验结果表明:材料在拉、压应力作用下,相互正交的两超声纯横波的声速都发生了变化,且声各向异性因子与应力成线性关系。利用此关系可测试材料内部应力,提供了一种无损测试材料内部应力的方法,另外本实验方法也可以对材料内部残余应力进行评估。实验中利用回振法测量声速,可测量声速的微小变化,精度高。     

声程差与应力强度因子的关系

基于弹性状态下力对材料声折射率及试件厚度的影响,推导了含裂纹的试件受力前后,超声纵波经其前后表面反射及透射时声程的变化,得到了应力强度因子与声程差的关系,为通过声程差的变化确定裂尖应力强度因子打下了基础。     

声弹性应力测量

本文简要评述了声弹性应力测量方法的理论、实验技术和应用等方面的发展概况。平面声弹性技术已取得进展。声弹性用于三维应力和残余应力测量仍有不少困难。     

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在应用Mohr-Coulomb屈服条件时,由于中主应力不影响判别材料是否进入屈服,因此有关中主应力对Mohr-Coulomb材料屈服的影响性质关注较少.考虑Mohr-Coulomb屈服条件与应力路径相关性,本文采用Lode角或Lode数描述了偏平面上屈服性质的分区,对任意满足Mohr-coulomb屈服条件的应力状态,在保持其大、小主应力不变的条件下给出了中主应力在大、小主应力之间变化时的屈服轨迹,从而明确了中主应力对Mohr-Coulomb材料屈服性质的影响.     

理想正交各向异性弹塑性材料平面应力条件下Ⅰ型静止裂纹尖端场

在本文中,以 Hill 的塑性理论为基础,详细地讨论了理想正交各向异性弹塑性材料,平面应力条件下Ⅰ型静止裂纹尖端场解。裂纹尖端应力场不包含应力间断线,但包含弹性区。分析的结果表明(i)对于平面应力静止裂纹问题,应力场解不是唯一的,场解中的自由参数必须由远场条件来确定。(ii)裂纹尖端的应力、应变的奇异性,无论是各向异性材料还是各向同性材料,都是相同的。但在各向异性材料中,各向异性参数影响着应力、应变的幅度和分布。     

焦散线法对双折射材料断裂性能的研究

提出了双折射材料Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹问题焦散线的形成原理,讨论了μ(=K_I/K_I)及光学各向异性系数ξ对焦散线形状及其几个特征量的影响,得到了双折射材料应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ的求法.以聚碳酸脂、环氧树脂为例,确定了它们在不同裂纹及不同载荷条件下的应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ.     

弱正交异性材料残余应力测量的声弹性方法

为了适应工程材料的残余应力无损测量的要求,本文将横波和纵波声弹性相结合,建立适用於弱正交异性材料的平面声弹性残余应力测量方法,并应用该方法及自行研制的横波换能器对焊接试件的二维残余应力进行了测试。     

一种新的计算各向异性材料裂纹尖端应力强度因子杂交元法

利用有限元特征分析法研究了平面各向异性材料裂纹端部的奇性应力指数以及应力场和位移场的角分布函数,以此构造了一个新的裂纹尖端单元。文中利用该单元建立了研究裂纹尖端奇性场的杂交应力模型,并结合Hellinger-Reissner变分原理导出应力杂交元方程,建立了求解平面各向异性材料裂纹尖端问题的杂交元计算模型。与四节点单元相结合,由此提出了一种新的求解应力强度因子的杂交元法。最后给出了在平面应力和平面应变下求解裂纹尖端奇性场的算例。算例表明,本文所述方法不仅精度高,而且适应性强。     

正交各向异性材料应力应变关系的表述形式

<正> 现行复合材料力学教材中,所建立的正交各向异性材料的三维应力-应变关系,在由空间问题简化到平面问题时,不能取到在表达形式上与空间问题及平面应力和平面应变相类似的刚度系数和柔度系数;在说明由正交各向异性还原到各向同性,且仍保持空间问     

岩土的一种强度准则及其变换应力法

基于岩土摩擦性,假设岩土破坏是由其物理空间内特征面上的应力比决定,提出了等效应力比的概念,即物理空间特征面上的剪应力合力与正应力合力的比值.在二维条件下,等效应力比可表示为σ-τ坐标系下与摩尔圆相切的直线扣除截距正切值;在三维条件下,假设在XYZ空间内存在一三维物理空间平面,此三维空间特征平面的等效应力比为影响材料强度特性的决定性因素,基于上述三维空间特征面建立了强度准则并称之为a准则.SMP准则以及广义Mises准则都是a准则的特例,当二维坐标中的截距为零时,则强度准则退化为SMP(spatially mobilized plane)强度准则,而当正切角为零时,则强度准则退化为广义Mises准则.而当截距与外切角均不为零时,则强度准则为介于上述两者之间的一种强度准则,在偏平面上为介于SMP曲边三角形与广义Mises圆形之间的曲边三角形.在子午面上,采用考虑岩土压剪耦合的屈服准则,破坏准则采用幂函数表达式.在偏平面上提出了基于a准则的形状函数,并采用真三维应力状态表示的破坏强度准则表示在三轴压缩路径下以p,q二维应力变量表达的准则公式,推导得到了基于a准则的变换应力公式,可简单地将一般以p,q为基本变量的二维模型转变为三维应力模型.通过强度以及多种应力路径的测试对比,验证了a准则及基于该准则的变换应力公式的合理性.     

基于t准则的各向异性强度准则及变换应力法

岩土材料通常呈现出成层水平分布特点, 即可将其视为横观各向同性材料, 横观各向同性对于岩土材料的变形以及强度值都会产生显著的影响. 基于已提出的t强度准则, t强度准则是基于各向同性单元体中存在有效滑移面来构建的, 并根据该空间有效滑移面上主剪应力与主法向应力的比值达到一定阈值为破坏条件. 在空间中存在有效滑移面与物理沉积面, 基于上述两个面在空间的位置关系, 用两面夹角作为表征横观各向同性对剪切强度影响程度的参量, 并假定当该夹角值越大, 则各向异性对强度贡献程度越大, 对应更大的应力比强度值, 反之, 则对应更小的应力比强度值. 基于上述思路并类比将其推广为正交三维各向异性准则, 基于三维各向异性材料的三维沉积面, 提出了三维特征沉积面的概念, 并基于空间滑移面与三维特征沉积面之间的夹角作为度量各向异性程度的变量, 提出了基于两面角作为参量考虑原生各向异性的应力比强度公式, 并利用该应力比强度公式来修正已提出的t强度准则, 最终建立了考虑各向异性影响的t准则公式. 在上述准则基础上, 考虑将各向异性应力空间转换为各向同性应力空间的思路, 在各向异性t准则基础上, 推导得到了基于各向异性强度t准则的变换应力公式, 利用变换应力公式可以将传统的以p, q为变量的各向同性本构模型转变为可考虑各向异性的三维本构模型. 通过对岩土材料的强度以及真三轴条件下的应力应变关系试验数据预测, 验证了所提的各向异性t准则及其变换应力公式的有效性及适用性.      

ANISOTROPIC STRENGTH CRITERION BASED ON T CRITERION AND THE TRANSFORMATION STRESS METHOD 1)

岩土材料通常呈现出成层水平分布特点, 即可将其视为横观各向同性材料, 横观各向同性对于岩土材料的变形以及强度值都会产生显著的影响. 基于已提出的t强度准则, t强度准则是基于各向同性单元体中存在有效滑移面来构建的, 并根据该空间有效滑移面上主剪应力与主法向应力的比值达到一定阈值为破坏条件. 在空间中存在有效滑移面与物理沉积面, 基于上述两个面在空间的位置关系, 用两面夹角作为表征横观各向同性对剪切强度影响程度的参量, 并假定当该夹角值越大, 则各向异性对强度贡献程度越大, 对应更大的应力比强度值, 反之, 则对应更小的应力比强度值. 基于上述思路并类比将其推广为正交三维各向异性准则, 基于三维各向异性材料的三维沉积面, 提出了三维特征沉积面的概念, 并基于空间滑移面与三维特征沉积面之间的夹角作为度量各向异性程度的变量, 提出了基于两面角作为参量考虑原生各向异性的应力比强度公式, 并利用该应力比强度公式来修正已提出的t强度准则, 最终建立了考虑各向异性影响的t准则公式. 在上述准则基础上, 考虑将各向异性应力空间转换为各向同性应力空间的思路, 在各向异性t准则基础上, 推导得到了基于各向异性强度t准则的变换应力公式, 利用变换应力公式可以将传统的以p, q为变量的各向同性本构模型转变为可考虑各向异性的三维本构模型. 通过对岩土材料的强度以及真三轴条件下的应力应变关系试验数据预测, 验证了所提的各向异性t准则及其变换应力公式的有效性及适用性.     

An analysis of the modeling of stress and strain fields in a real microstructure using a hybrid method

The distribution of stress and strain fields in a micro-structural area of a particle reinforced composite is studied by a combination of experimental and numerical method (hybrid method). With the experimental values of displacements in a micro-region as the boundary loading condition, strain and stress fields inside the micro-region are calculated by the finite element method under two different kinds of modeling, namely, as plane stress and plane strain condition. The differences between the two kinds of modeling conditions as applied to micro-structural areas are discussed. Project Supported by the National Natural Science Foundation of China (19972046) and National Overseas Study Foundation.     

运用Hoek-Brown经验准则分析圆形硐室围岩弹塑性应力和位移

Hoek-Brown经验准则能够较容易地用来估计节理岩体的强度,在岩石工程界已得到广泛的应用和认可。只要用定量指标合理地描述岩体质量,就可确定岩体的强度,因此Hoek-Brown经验准则为通过岩体质量评分评价岩体稳定性架起了一座桥梁,并对需要采取的加固支护措施提出建议。地下硐室开挖后改变了岩体的初始应力状态,围岩应力产生应力重分布现象。当硐室周边围岩应力状态超过岩体弹性极限状态而进入塑性状态时,塑性区内岩体的应力满足极限平衡条件。本文简单回顾了当侧压力系数为1时,圆形硐室围岩的弹性应力和位移,在此基础上以Hoek-Brown经验准则为极限平衡条件,得到圆形硐室轴对称平面应变问题的围岩弹塑性应力和位移的分析解。     

一种横观各向同性强度准则及变换应力空间

考虑岩土介质在自然形成过程中产生的原生各向异性性质,将其简化为一种横观各向同性岩土材料.基于已提出的a强度准则,根据沉积面与有效滑移面在物理空间中位置的相互关系,采用两面的空间夹角作为度量岩土材料原生各向异性在加载条件下发挥强度作用的影响变量.并根据有效滑移面的物理概念,当沉积面与有效滑移面夹角越大,则摩擦特性潜力发挥的越充分,此时对应更高的强度应力比,反之则对应越小的强度应力比.基于上述思想,建立了考虑原生各向异性的强度应力比公式,将其用于修正a准则,进而得到了横观各向同性a准则公式.采用上述横观各向同性a准则公式向各向同性Von-Mises准则公式转换的变换思路,在横观各向同性a准则公式基础上,推导得到了变换应力公式,该公式可由横观各向同性应力空间转变为各向同性应力空间,利用所提出的变换应力方法,可方便的将传统的在偏平面上以Von-Mises准则为基础的二维模型转换为可考虑原生各向异性的三维模型.通过对岩土材料的强度以及真三轴条件下的应力应变关系试验数据预测,验证了所提的横观各向同性a准则及其变换应力公式的有效性及适用性.      

Thermo-mechanical contact behavior of a finite graded layer under a sliding punch with heat generation

The problem of a rigid punch contacting with a finite graded layer on a rigid substrate is investigated within the framework of steady-state plane strain thermoelasticity, in which heat generated by contact friction is considered with a constant friction coefficient and inertia effects are neglected. The material properties of the graded layer vary according to an exponential function in the thickness direction. Fourier integral transform method and transform matrix approach are employed to reduce the current thermocontact problem to the second kind of Cauchy-type singular integral equation. Distributions of the contact pressure and the in-plane stress under the prescribed thermoelastic environment with different parameter combinations, including ratio of shear moduli, relative sliding speed, friction coefficient and thermal parameters are obtained and analyzed, as well as the stress singularity and the stress intensity factors near the contact edges. The results should be helpful for the design of surfaces with strong wear resistance and novel graded materials for real applications.     

蠕变硬化材料中Ⅱ型扩展裂纹尖端场特性研究

采用弹牯塑性力学模型,对蠕变硬化材料中平面应变扩展裂纹尖端场进行了渐近分析.假设人工粘性系数与等效塑性应变率的幂次成反比,通过量级匹配表明应力和应变均具有幂奇异性,奇异性指数由粘性系数中等效塑性应变率的幂指数唯一确定.通过数值计算讨论了Ⅱ型准静态扩展裂纹尖端场的分区构造以及裂纹尖端应力和应变场的特性随各材料参数的变化规律,结果表明裂尖场由材料的粘性和塑性共同主导.当硬化系数为零时裂尖场可退化为相应的HR场.     

A STRESS VECTOR-BASED CONSTITUTIVE MODEL FOR COHESIONLESS SOIL (Ⅰ)-THEORY

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＯｎｅｏｆｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｇｏｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｓｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔａｓｏｉｌｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌａｐｐｌｉｃａｂｌｅｔｏｇｅｎｅｒａｌ 3＿Ｄｓｔｒｅｓｓｓｔａｔｅｓ.Ａｌｔｈｏｕｇｈｍａｎｙｔｙｐｅｓｏｆｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｓｈａｖｅｂｅｅｎｐｒｏｐｏｓｅｄ ,ｆｅｗｃａｎｔａｋｅｐｒｏｐｅｒａｃｃｏｕｎｔｏｆｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｃｈａｎｇｅｏｆｓｔｒｅｓｓｖｅｃｔｏｒ (ｉ.ｅ .,ｒｏ…     

Shear band formation analysis in soils by the subloading surface model with tangential stress rate effect

The generalized elastoplastic constitutive equation for soils is proposed based on the subloading surface model extended so as to describe the dependence of both the magnitude and the direction of inelastic stretching on the stress rate tangential to the subloading surface [Int J Plasticity 17 (2001) 117]. It would be applicable to the analysis of deformation of soils in both normal-yield and subyield states for not only lower but also higher stress ratio than that in the critical state. Then, the shear band formation in the rectangular specimen subjected to the biaxial compression under the undrained plane strain condition is analyzed by the generalized equation, and thus the condition for shear band formation and the shear band inclination are discussed in relation to material properties and the state of stress, i.e. the stress-ratio and the normal-yield ratio. These results reveal that the tangential stretching term makes easy to fulfill the necessary condition of shear band formation for not only normal-yield but also subyield states, and further the formation is affected by the material parameter prescribing the approaching degree of the stress to the normal-yield state.