非匀质复合矩形薄板内含Ⅲ型中心裂缝的问题

本文是文献[9]的继续,这次是采用福利叶(Fourier)变换的基本原理,对四种非匀质材料所组成的复合矩形无限大板在交界处存在Ⅲ型中心裂缝问题讨论,在此研究中,我们已证明了本问题的应力强度因子与复合材料的相异性毫无关系,即与同一非匀质材料所构成的矩形无限大板内含Ⅲ型中心裂缝问题的结果相同[1],当然,这个结论也和文献[9]一样,将会给设计工作者以及实验工作者带来很大的方便。     

非匀质合矩形薄板内含Ⅲ型中心裂缝的问题

借助亨克尔(Hankel)变换的基本理论,由四种非匀质材料所组成的复合矩形无限大板,内含Ⅱ型中心裂缝的应力强度因子,本文已经找到了它的精确解。对于同类的中心裂缝,在任意给定的载荷情况下的结果,均可作为本文的特例而导出.令人最感兴趣的是:我们还发现本问题的应力强度因子不仅与材料的非均匀性无关,而且也与复合材料的相异性无关。这个结论无疑将会给设计工作者和实验工作者带来很大的方便,同时也会节约大量试件。     

薄板刚度对点焊接头强度特性影响

本文介绍了三种形状的薄板材料点焊接头试件的拉伸试验及疲劳试验结果,探讨了改变薄板刚度对点焊接头静强度和疲劳寿命的影响。应用断裂力学理论及有限单元法计算焊核周围裂尖各点的应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ、K_Ⅲ及有效应力强度因子K_(φθmax),并用这些力学参数分析了不同刚度点焊接头试件的静强度和疲劳寿命。结果表明有效应力强度因子K_(φθmax)是评价拉剪点焊头疲劳寿命的有效力学参数。     

各向异性薄板双周期裂缝承受弯矩与扭矩时的通解

利用双周期椭圆函数与留数的基本理论,本文已找到了各向异性薄板双周期裂缝在集中力偶矩作用下的一般解。此结果不仅具有简单而又封闭的数学表达式,而且可以将它作为格林函数导出各向异性薄板双周期裂缝在任意弯矩或扭矩作用下的解答。至于单周期裂缝以及中心裂缝的结果,均可视为本研究的特例而直接导出。特别令人感兴趣的是:我们还发现了各向异性薄板双周期裂缝问题,在弯短或扭矩作用下的应力强度因子与弹性常数无关。不言而喻,这一结论对工程师们来说是极有价值的。     

用光弹性法测定复合应力强度因子

工程结构裂纹尖端应力强度因子(SIF)由于形状、荷载的复杂性及边界条件的不确定性,难以用解析法得到,数值计算也有困难,而光弹性法弥补了上述方法的不足。本文用环氧树脂制作圆轴模型,采用机加工的方法制作圆轴模型裂纹,然后将加载模型进行应力冻结,通过光弹性实验研究分析了圆轴裂纹尖端应力分布。由于带环形裂纹的圆轴在弯扭组合变形时,离中性轴最远的裂纹尖端处于复合裂纹状态,而三维光弹性应力冻结法是测定复杂三维问题复合裂纹的有效方法。本文用双参数法测定I型应力强度因子,用切片逐次削去法测定Ⅲ型应力强度因子,实验误差较小。     

用围线积分法计算压电材料面外剪切问题的应力强度因子

本文把Ｂｅｔｉ功互等原理推广到压电材料的面外剪切问题中，并且根据Ｐａｋ的压电材料Ⅲ型裂纹问题复势解，给出了其裂端位移、电势、应力和电位移的渐近解及相应的辅助场具体形式。然后，把有限元数值解作为真实平衡状态，把推导出的辅助场作为辅助平衡状态，利用围线积分法计算出了压电材料Ⅲ型裂纹问题的应力强度因子ＫⅢ和电强度因子ＫⅣ。算例表明，计算结果与理论解符合得很好     

用散光光弹性测量Ⅰ型应力强度因子

利用散光法确定Ⅰ型应力强度因子的可行性已在一根带边裂纹的梁承受纯弯曲的情况下得到证实。可以用光弹性条纹数据米获得裂缝尖端周围奇异区内的条纹梯度的表达式。Ⅰ型应力强度因子是通过把条纹梯度与奇异区内的局部应力联系起米,然后将这些结果外推到裂缝尖端而给予确定。实验结果和解析结果表示了良好的一致性,故建议将此法应用于三维断裂力学问题。 字符: σ_(xx),σ_(yy),σ_(zz)=笛卡尔坐标中的应力分量。 σ_0=远场应力在奇异区内的效应。 x,y,z=在图1中定义的笛卡尔坐标。 γ,θ=裂纹尖端处的极坐标。 K_Ⅰ=Ⅰ型应力强度因子。 K_(Ⅰth)=Ⅰ型应力强度因子的理论值。 f_σ=散光法应力条纹系数。 (dN)/(dx)=散光条纹梯度。     

用围线积分法计算压电材料面外剪切问题的应力强度因子

本文把Ｂｅｔｔｉ功互等原理推广到压电材料的面外剪切问题中，并且根据Ｐａｋ的压电材料Ⅲ型裂纹问题复势解，给出了其裂端位移，电势，应力和电位移的渐近解及相应的辅助场具体，然后，把有限元数值作为真实平衡状态，把推导出的辅助场作为辅助平衡状态，利用围线积分法出了压电材料Ⅲ型裂纹问题的应力强度因子ＫⅡ和电强度因子ＫⅣ。算例表明，计算结果与理论解符合得很好。     

复合型运动荷载作用下横观各向同性体三维裂纹的应力强度因子

讨论横观各向同性体中含一半平面裂纹,在裂纹面上作用有运动点荷载的三维复合型应力强度因子历史,通过积分变换技术,最终将问题归结为求解Wiener-Hopf型积分方程组,该文给出了求解这一类积分方程组的一般性方法,在此基础上,基于Abel定理和Cagniard-deHoop方法,求得Ⅱ、Ⅲ型复合应力强度因子的解析解,最后通过数值结果揭示了横观各向同性材料三维方尖端场的动态特性。     

双材料自由边界面端部问题的数值分析

对各向异性双材料自由边界面端部奇异性场问题进行了研究,利用有限元分析法所得到的各向异性双材料自由边界面端部的应力奇异性指数以及角分布函数,构造了一个自由边界面端部单元,据此建立了自由边界面端部奇异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,提出一种求解自由边界面端部广义应力强度因子的杂交元法.考核例结果表明:本文方法的数值解精度高,可应用于各向异性材料双材料自由边界面端部问题.     

粘弹性双材料界面裂缝的缝端位移场及动态断裂分析

本文研究的是经常在实际工程中遇到的粘弹性双材料界面裂缝的动断裂问题.由于粘弹性自身的复杂性,使得粘弹性双材料界面裂缝缝端应力的奇异性较弹性呈现出更为复杂的形式,从而使动断裂问题的分析变得更为困难.根据此情况,本文采用复阻尼理论反映粘弹性体的运动规律,用复势理论和平面问题复变函数解答的科洛索夫公式推导了粘弹性双材料界面裂缝缝端位移场及动态应力强度因子的求解公式,利用特解边界元进行了粘弹性双域耦合动力响应计算,按求得的公式用位移外推法计算了单边裂纹板在动荷载作用下的动态应力强度因子.分析了粘性,弹模比和缝长对动态应力强度因子的影响,得出了一些有益的结论.     

一种新的确定应力强度因子的数值方法

应力强度因子是一个非常重要的参数,可以用来估算裂纹和切口的断裂.这篇论文提供了一种基于包含应力集中区域一定体积上的平均应变能密度,来确定应力强度因子的数值方法.对于I型或是II型裂纹的单一加载方式,应力强度因子都可以直接从一定体积上的平均应变能密度的表达式求得其解,但是对于I-II复合型裂纹,情况相对复杂.因此,作者们提出了利用围绕切口尖端一定体积上几组不同关于裂纹切口平分线对称区域上的平均应变能密度,来拟合复合加载下I型和II型应力强度因子的数值方法.为了验证,计算了I-II复合型裂纹的半圆形三点弯曲试样应力强度因子,并与文献中给出的应力强度因子进行了比较.结果表明,提出的数值方法可靠,为平均应变能密度准则的工程应用提供了一种新的思路.     

等参奇性元在双孔边裂纹平板分析中的应用及其计算精度研究

本文用八节点等参数单元及其相应的奇性元,对两种双孔边裂纹平板的应力强度因子进行了计算。文中首先导出了平面复合型裂纹问题应力强度因子K_1、K_Ⅱ与等参奇性元节点位移间的关系式,作为用等参单元法推算应力强度因子的依据;然后,以单边裂纹板条为数值例子,对于等参奇性元尺寸的选择、裂纹段单元的配置以各种推算应力强度因子的方法与计算精度之间的关系进行了研究;最后,按一定精度的要求选择等参奇性元尺寸和裂纹段单元配置数,并以三种推算方法计算了两种双孔边裂纹平板的应力强度因子值。     

高加载率下Ⅱ型裂纹试样的动态应力强度因子及断裂行为

采用Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ单压杆技术对单边平行双裂缝试样进行高速剪切加载，用实测的试样加载面上的载荷ｐ（ｔ）结合有限元计算确定其动态应力强度因子。同时还发展了一种用实测的裂尖动态应变，通过在准静态下标定的裂尖应变与应力强度因子间的关系来确定动态应力强度因子的近似方法。实验结果表明，对于稳定裂纹在无边界反射应力波干扰的情况下，两种方法获得的动态应力强度因子吻合得相当好。对４０Ｃｒ钢和Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ钛合金两种材料的动态Ⅱ型断裂实验结果显示出两种完全不同的剪切破坏模式和机理。     

带凸缘弯曲梁应力集中区内表面裂纹应力强度因子的研究

用三维光弹性冻结应力实验技术与修正的多点超定法相结合研究了带凸缘弯曲梁应力集中区内表面裂纹的应力强度因子。分析了不同过渡圆弧的应力集中对两种表面裂纹(半圆形表面裂纹与前缘直线表面裂纹)的影响。用实验方法得到了应力强度因子放大系数的数值.结果表明,应力集中对浅裂纹的影响是更大的,是不可忽视的,但放大系数随表面裂纹的几何形状变化很小。这些对管节点的断裂力学评估提供了有价值的实验依据.     

运动载荷下的三维裂纹应力强度因子

本文分析了无界弹性体中含一半平面一裂纹， 在裂纹面上受运动的复型冲击集中载荷的三维应力强度因子历史。求得了Ⅱ、Ⅲ型复合强度因子精确解。求解方法基于积分变换法、Ｗｉｅｎｅｒ－Ｈｏｐｆ技术以及Ｃａｇｎｉａｒｄ－ｄｅ Ｈｏｏｐ变换。本文还给出了若干数值结果并对解的性质进行了一些讨论。     

复合型断裂中K1和K3的耦合效应对材料断裂韧性的影响

大量的实验结果表明,在Ⅰ、Ⅲ型同时存在的复合型断裂情况下,复合型临界应力强度因子K1f的数值往往比材料的断裂韧性K_(1c)大,最大可达K_1f=1.85K_(1c)。本文通过宏观和微观分析,讨论了在复合型断裂中,K_1和K_3的耦合效应对断裂机理和材料断裂韧性的影响。     

拉伸载荷作用下单边缺陷-边裂纹应力强度因子研究

利用杂交位移不连续法研究拉伸载荷作用下矩形板中单边缺陷-边裂纹(半圆孔裂纹和半方孔裂纹)问题,给出了这三种平面弹性裂纹问题的应力强度因子的详细数值解。通过半圆孔裂纹问题和半方孔裂纹问题与单边裂纹问题的应力强度因子的比较,发现半圆孔和半方孔对单边裂纹有屏蔽影响。此外,本文的研究结果表明,杂交位移不连续法用于分析平面弹性有限体中复杂裂纹问题的应力强度因子简单且又准确。     

考虑横向剪切变形时含裂纹平板的渐近分析

本文用文[1]的渐近分析方法,研究了考虑横向剪切变形的含裂纹平板的应力状态和应力强度因子的渐近解.在Reissner 平板理论的范围内,将含裂纹平板的应力状态分解为外场区(Ⅰ区)、Reissner 边界效应区(Ⅱ区)和裂纹尖端附近的奇异性区(Ⅲ区)等基本应力状态.用特征分析方法,导出了裂纹尖端区的应力——位移场;并提出了两种匹配展开的渐近求解方案:对载荷对称情况,用逐区匹配求解的方法求得了当小参数趋近于零时,含裂纹平板的应力场与位移场的渐近解和应力强度因子的一般积分表达式;并证明当小参数趋近于零时,对应于对称型(Ⅰ型)、反对称型(Ⅱ型)的应力强度因子K_1~R、K_2~R 和按古典平板理论提法下的应力强度因子K_1~c、K_2~c 之间存在简单的解析关系:K_1~R=((1 v)/(3 v))K_1~c,K_2~R=K_2~c在此基础上,讨论了含裂纹平板应力状态的特征和简化计算的方法.     

三点弯曲试样动态冲击特性的有限元分析

本文使用动态有限元技术，对于两种不同几何尺寸，两种不同材料的三点弯曲试样在三类七种不同冲击载荷作用下的动态响应进行了分析，求得了动态应力强度因子随时间的变化规律。并与准静态应力强度因子进行了比较。计算结果表明：将冲击载荷历史代入静态公式确定动态应力强度因子的做法是不正确的，要求得动态应力强度因子，必须对试样进行完全的动态分析。当材料的Ｅ／ρ值相同时，动态应力强度因子的响应曲线完全相同。而动态应力强度因子分别与加载点的位移及裂纹的张开位移之间存在着与准静态情况下各自相同的线性关系。这与资料［５］［６］中的结论完全相同。