增强相/夹杂内螺位错偶极子与含共焦钝裂纹椭圆夹杂的干涉效应

运用弹性力学的复势方法,研究了纵向剪切下增强相/夹杂内螺型位错偶极子与含共焦钝裂纹椭圆夹杂的干涉效应,得到了该问题复势函数的封闭形式解答,由此推导出了夹杂区域的应力场、作用在螺型位错偶极子中心的像力和像力偶矩以及裂纹尖端应力强度因子级数形式解。并分析了位错偶极子倾角 、钝裂纹尺寸和材料常数对位错像力、像力偶矩以及应力强度因子的影响。数值计算结果表明：位错像力、像力偶矩以及应力强度因子均随位错偶极子倾角做周期变化;夹杂内部的椭圆钝裂纹明显增强了硬基体对位错的排斥,减弱了软基体对位错的吸引,且对于硬夹杂,位错出现了一个不稳定平衡位置,该平衡位置随钝裂纹曲率的增大不断向界面靠近;变化 值将出现改变位错偶极子对应力强度因子作用方向的临界值。     

螺型位错偶极子与圆形界面刚性线的干涉效应研究

本文重点研究螺型住错偶极子和圆形夹杂界面刚性线的弹性干涉效应。利用复变函数方法,得到了该问题的一般解;此外还求出了只含一条界面刚性线时的封闭解答,得到了刚性线尖端的应力强度因子以及作用在螺型位错偶板子中心的像力和像力偶矩。研究结果表明：位错偶板子对应力强度因子具有很强的屏蔽或反屏蔽效应;软夹杂吸引位错偶极子,而刚性线排斥位错偶板子,在一定条件下,位错偶极子在刚性线附近出现一个平衡位置;当刚性线的长度争材料剪切模量比达到临界值时,可以改变偶极子和界面之间的干涉机理;刚性线长度对位错偶极子中心像力偶矩也有很大的影响。     

螺型位错偶极子与界面钝裂纹的干涉效应

研究了螺型位错偶极子与界面钝裂纹的干涉效应.应用保角变换技术,得到了复势函数与应力场的封闭解析解,讨论了位错偶极子方位、臂长及裂纹钝化程度对位错偶板子屏蔽效应和发射条件的影响.结果表明,与单个螺型位错不同,螺型位错偶极子与x轴夹角在一定范围内时才可以降低界面钝裂纹尖端的应力强度因子(屏蔽效应),屏蔽效应随偶板子臂长的增大而增强,随裂纹钝化程度的增大而增强,屏蔽区域也随裂纹钝化程度的增大而增大;位错偶极子发射所需的临界无穷远加载随偶极子臂长的增加而减小,随位错方位角及裂纹钝化程度的增加而增大;最可能的位错偶极子发射角度为0.螺型位错偶极子的发射比单个螺型位错的发射要困难.本文解答的特殊情况与相关文献给出的解答一致.     

压电双材料界面钝裂纹附近螺型位错的屏蔽效应与发射条件

研究了压电双材料界面钝裂纹附近螺型位错的屏蔽效应与发射条件.应用保角变换技术,得到了复势函数与应力场的封闭形式解,讨论了位错方位、双材料电弹常数及裂纹钝化程度对位错屏蔽效应和发射条件的影响.结果表明,Burgers矢量为正的螺型位错可以降低界面钝裂纹尖端的应力强度因子(屏蔽效应),屏蔽效应随位错方位角及位错与裂纹尖端距...     

楔型向错偶极子与含界面裂纹圆形夹杂的弹性干涉

运用共形映照、解析延拓以及柯西型积分运算等复变函数方法研究无限大平面中楔型向错偶极子与界面裂纹、圆形夹杂的弹性干涉问题.求出含一条裂纹应力场的封闭形式解后,推导了裂纹尖端应力强度因子和作用在向错偶极子中心的向错力的表达式,研究了偶极子位置、方向、偶臂长度及材料性质对应力强度因子的影响,并分析了裂纹及夹杂对逐渐靠近的向错偶极子排斥或吸引作用的规律.     

向错偶极子对楔型裂纹尖端场的干涉效应

研究了材料中楔型向错偶极子与楔型裂纹的弹性干涉问题.运用复变函数方法获得了复势函数和应力场的封闭形式解答,导出了楔型裂纹尖端应力强度因子的解析表达式.讨论了向错偶极子的位置、方向和偶臂长度对楔型裂纹尖端应力强度因子的屏蔽和反屏蔽作用规律.研究结果表明,向错偶极子靠近裂纹尖端时,对应力强度因子的屏蔽或反屏蔽作用非常强烈.在一定条件下,楔型向错偶极子能够延缓楔型裂纹的扩展;偶极子的方向也存在一个临界值使其对应力强度因子的屏蔽或反屏蔽效应最大.此外,楔型裂纹张开角以及偶极子臂长对应力强度因子也有较大的影响.     

向错偶极子对楔型裂纹尖端场

研究了材料中楔型向错偶极子与楔型裂纹的弹性干涉问题. 运用复变函数方法获得了复势函 数和应力场的封闭形式解答,导出了楔型裂纹尖端应力强度因子的解析表达式. 讨论了向错 偶极子的位置、方向和偶臂长度对楔型裂纹尖端应力强度因子的屏蔽和反屏蔽作用规律. 研 究结果表明,向错偶极子靠近裂纹尖端时,对应力强度因子的屏蔽或反屏蔽作用非常强烈. 在一定条件下,楔型向错偶极子能够延缓楔型裂纹的扩展;偶极子的方向也存在一个临界值 使其对应力强度因子的屏蔽或反屏蔽效应最大. 此外,楔型裂纹张开角以及偶极子臂长对应 力强度因子也有较大的影响.     

界面裂纹问题中的权函数方法

本文将Ｐａｒｉｓ等确定均匀材料中裂纹尖端应力强度因子的权函数方法推广应用到界面裂纹问题，给出了界面裂纹尖端附近或无限大体半无限界面裂纹问题的权函数的显式表达式。利用此权函数表达式可以很简便地求解界面裂纹尖端附近一些外来作用引起的应力强度因子，比如任意分布力、相变应变、位错和热等。作为一个算例，本文计算了界面一侧一个刃型位错引起的应力强度因子。     

穿透夹杂界面的半无限楔形裂纹尖端螺型位错的发射研究

摘要：研究了穿透圆形夹杂界面的半无限楔形裂纹与裂纹尖端螺型位错的干涉问题。应用复变函数解析延拓技术与奇性主部分析方法,得到了位错位于半圆形夹杂内部时,半无限基体和半圆形夹杂内复势函数的解析解。然后利用保角映射技术得到了穿透圆形夹杂界面的半无限楔形裂纹尖端螺型位错产生的应力场以及作用在位错上的位错力的解析表达式。主要讨论了螺型位错对裂纹的屏蔽效应以及从楔形裂纹尖端发射位错的临界载荷条件。研究结果表明正的螺型位错可以削弱楔形裂纹尖端的应力强度因子,屏蔽裂纹的扩展,屏蔽效应随位错方位角的增大而减小。位错发射所需的无穷远临界应力随发射角的增加而增大,最可能的位错发射角度为零度,直线裂纹尖端位错的发射比楔形裂纹尖端位错的发射更容易,硬基体抑制位错的发射。     

纳米线涂层中失配位错偶极子分析

研究了纳米线环形晶体薄膜涂层中失配位错偶极子与纳米线的干涉效应,并考虑纳米尺度应力效应及纳米线晶格失配的影响。运用弹性复势方法,分别获得了涂层和纳米线区域复势函数的精确解析解。利用求得的应力场和Peach-Koehler公式,得到了作用在螺型位错偶极子上像力和失配应力的精确表达式。算例结果表明,涂层纳米线界面应力和失配应力对涂层中失配位错偶极子的作用影响很大,由于界面应力和失配应力的存在,可以改变涂层内位错偶极子与纳米线干涉的引斥规律。与宏观尺度下的线型材料相比,纳米线材料由于界面效应的影响,位错偶极子在涂层中平衡位置的数量增加,涂层中更容易产生失配位错偶极子。考虑纳米线晶格失配的影响后,位错偶极子在涂层中平衡位置的数量增加。由此可知,减小纳米线晶格失配的影响,可以控制失配位错偶极子的产生。     

基体裂纹与界面刚性线的弹性干涉

研究两种材料界面上的刚性线与其它任意位置处直线裂纹弹性干涉的反平面问题。基于界面上刚性线与任意位置处螺型位错干涉的基本解,运用连续位错密度模型法将问题转化为奇异积分方程。用半开型积分法求解奇异积分方程,得到位错密度函数的离散值,计算裂纹尖端处的应力强度因子。算例说明该方法可用于工程实际问题。     

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.     

粘弹性胶层中Ⅰ型裂纹的动态扩展

研究粘弹性胶层中Griffith裂纹在Ⅰ型载荷作用下,裂纹尖端动态应力强度因子和能量释放率的时间响应.首先,利用积分变换方法,推导出粘弹性层的控制方程组;其次,引入位错密度函数,并结合边界条件和界面连接条件,导出反映裂纹尖端奇异性的Cauchy型奇异积分方程组,然后,应用Chebyshev正交多项式化奇异积分方程组为代数方程组,并采用Schmidt方法对其数值求解,最后,经过Laplace逆变换,求得动态应力强度因子和能量释放率的时间响应.通过对材料参数的讨论,得到动应力强度因子和能量释放率随剪切松驰参量的减小而增大,随膨胀松弛参量的减小而减小,弹性参数对其影响较小.     

一维六方准晶中螺型位错偶极子与直线纳米裂纹的干涉效应

关于准晶中螺型位错偶极子与直线纳米裂纹干涉效应的问题，提出了一种可获得精确解的新方法。首先，将Gurtin-Murdoch表/界面理论推广运用到准晶材料中的纳米裂纹问题，建立了裂纹表面上含声子场、相位子场的应力边界模型；然后，利用复变函数中的共形映射方法，将直线裂纹问题化为单位圆孔问题；再借助于柯西积分方法获得了问题的封闭解；最后，数值结果表明：当裂纹的尺寸减小到纳米量级时，表面效应将对声子场和相位子场中的应力场、像力及像力偶矩产生显著的影响，从而改变其力学性能，即裂纹尺寸越小，表面效应越强，声子场和相位子场中的应力场、像力及像力偶矩的数值变化越大；螺型位错偶极子力偶臂的方向对像力的极值和自身平衡亦有较大影响。     

一维六方准晶中平行螺型位错与有限长裂纹的相互作用

本文采用解析函数理论,利用Muskhelishvili著名的复变函数方法,给出了无限大一维六方准晶中多条平行螺型位错与有限长直裂纹相互作用的解析解,并得到了裂纹尖端的场强度因子和作用在位错上的像力.数值算例讨论了镜像力、场强度因子随位错位置的变化，及位错的位置与分布对广义应力场的影响．     

折线裂纹和两相材料界面的相互作用

利用螺位错基本解建立了和界面相交的折线裂纹的Cauchy型积分方程，根据奇异积分方程理论，得出了确定折线裂纹和界面交点处的奇性应力指数的特征方程，以及交点处各角形域内的奇性应力，利用所得的交点处的奇性应力定义了折线裂纹和界面交点处的应力强度因子，对所得积分方程进行数值求解，可得裂纹端点以及裂纹和界面交点处的应力强度因子。     

圆柱形界面相裂纹在扭转载荷作用下的动态断裂

本文研究了位于界面相中的圆柱形界面裂纹的扭转冲击问题.采用Laplace、Fourier变换和位错密度函数将混合边值问题转化为求解Cauchy核奇异积分方程,利用Laplace数值反演技术计算了动态应力强度因子.讨论了材料特性和结构的几何尺寸对动态应力强度因子的影响.结果表明,随着界面相厚度的增加,无量纲化的动态应力强度因子减小.当裂纹靠近剪切弹性模量大的材料时,无量纲化的动态应力强度因子增大,反之减小.界面相两侧不同的材料组合对裂尖动态应力强度因子的影响是随着剪切弹性模量和质量密度的比值的增加而减小.界面相中裂纹长度对裂尖动态应力强度因子的影响比其他因素的影响大.     

含界面效应纳米尺度圆环形涂层中螺型位错分析

研究了纳米尺度圆环形涂层(界面层)中螺型位错与圆形夹杂以及无限大基体材料的干涉效应.涂层与夹杂的界面和涂层与基体的界面均考虑界面应力效应.运用复势方法,获得了三个区域复势函数的解析解答.利用求得的应力场和Peach-Koehler公式,得到了作用在螺型位错上位错力的精确表达式.主要讨论了界面应力对涂层(界面层)中螺型位错运动和平衡稳定的影响规律.结果表明,界面应力对界面附近位错的运动有大的影响,由于界面应力的存在,可以改变涂层内位错与夹杂/基体干涉的引斥规律,并使位错在涂层内部产生三个稳定或非稳定的平衡点.考虑界面效应后,有一个额外的排斥力或吸引力作用在位错上,使原有的位错力增加或减小.     

次表面微裂纹对偏折主裂纹扩展行为的分布位错理论研究

为研究在拉伸载荷作用下包含一条埋置偏折裂纹和一条任意位置微裂纹的半无限大平面问题.论文基于连续分布位错法,建立相应的位错密度积分方程,并采用GAUESS-CHEBSHEV数值积分法得到其力学参量.通过有限元法对理论结果进行了验证.埋置深度、微裂纹中心到主裂纹尖端的距离将对主裂纹尖端的应力强度因子产生影响;结果表明相比于无微裂纹的情况,在某些方位处微裂纹对主裂纹尖端的扩展起到促进作用,而在其他方位的微裂纹对主裂纹尖端的扩展起到抑制作用;主裂纹尖端的扩展方向和等效应力强度因子相比于倾斜微裂纹而言受水平微裂纹的影响更大.     

有限尺寸下双材料界面附近裂纹位置对裂纹尖端的影响

随着复合材料的应用和发展,不同材料组成的界面结构越来越受到人们的重视。界面层两侧材料的性能相异会引起材料界面端奇异性,同时界面和界面附近存在裂纹会引起裂尖处的应力奇异性。因此双材料界面附近的力学分析是比较复杂的。本文建立双材料直角界面模型,在材料界面附近预设初始裂纹,计算了有限材料尺寸对界面应力场及其附近裂纹应力强度因子的影响。运用弹性力学中的 Goursat 公式求得直角界面端在有限尺寸下的应力场以及其应力强度系数。通过叠加原理和格林函数法进一步得到在直角界面端附近的裂纹尖端应力强度因子。计算结果表明,在适当范围内改变材料内裂纹与界面之间的距离,界面附近裂纹尖端的应力强度因子随着裂纹与界面距离的增加而减少,并且逐渐趋于稳定。分析结果可以为预测双材料结构复合材料界面失效位置提供参考。