压电材料平面应力状态的直线裂纹问题一般解

研究了含直线裂纹系的压电材料平面应力问题单个裂纹和双裂纹问题的封闭解答表明，在裂纹尖端，应力、电场强度和电位移有１／２阶的奇异性并与前人结果比较了产生电场奇异性的物理因素     

纤维端部的界面裂纹分析

基于弹性力学空间轴对称问题的通解,研究了短纤维增强复合材料中纤维端部的轴对称币形和柱形界面裂纹尖端的应力奇异性,得到了裂纹尖端附近的奇异应力场．研究结果表明,这两种轴对称界面裂纹尖端的应力奇异性相同,并且与平面应变状态下相应模型的应力奇异性一致,材料性能对裂纹尖端附近奇异应力场的影响可用三个组合参数描述     

周期张开型平行裂纹问题研究

研究无限介质中周期平行裂纹问题，利用复应力函数在集中载荷作用点和裂纹尖端 的奇异性分析及双曲函数的周期性质，求得了问题在远场作用均匀载荷时裂纹尖端应力强度 因子的精确闭合形式解，并与已有的数值结果进行了比较. 其结果对于研究多裂纹的干 涉作用以及结构和材料的强度设计具有重要的实用价值.     

多材料交接点裂纹无摩擦奇性应力场

在文献「１」基础上，针对工程中难于求解的多材料交接点裂纹尖应力奇性分析问题，在于哈密顿原理，通过分离变量与共轭辛本征函数地求解，利用材料间的界面连接条件与坐标变换关系，建立了应力奇性与本征函数求解的解析表达式。由于采取裂纹面接触区模型，因而不再发生振荡奇异性。     

各向同性材料接头和界面相交裂纹应力奇异性特征分析

提出了用插值矩阵法分析各向同性材料接头以及与界面相交的平面裂纹应力奇异性。基于接头和裂纹端部附近区域位移场渐近展开,将位移场的渐近展开式的典型项代入线弹性力学基本方程,得到关于平面内各向同性材料接头以及与两相材料界面相交裂纹应力奇异性指数的一组非线性常微分方程的特征值问题,运用插值矩阵法求解,获得了两相材料平面接头端部应力奇异性指数以及与界面以任意角相交的裂纹尖端的应力奇异性指数随裂纹角的变化规律,数值计算结果与已有结果比较表明,本文方法具有很高的精度和效率。     

含裂纹粘接结构的边界元应力分析

本文采用子域法和直接应力奇异单元法求解二维粘接结构中的裂纹问题。子域法把粘接结构划分为三个子域,根据每个子域的边界积分方程和子域间的界面条件,可以建立粘接结构的边界积分方程组。直接应力奇异单元能够在整个单元长度上反映裂纹端部的1/r~(1/2)奇异性,在计算时可以通过坐标变换消除奇异单元积分中的奇异性,直接计算出应力强度因子。含裂纹多层结构的数值示例和粘接补强单边裂纹板的应力测试和疲劳试验结果证实了本文方法的有效性。     

幂硬化粘塑性材料动态扩展裂纹尖端场的渐近解

采用弹性－粘塑性本构模型，对幂硬化粘塑性介质中反平面剪切动态扩展裂纹尖端的应力，应变场进行了渐近分析，给出了反平面剪切动态扩展纹尖端场的渐进方程。分析结果表明，在裂纹法端应力具有（ｌｎＲ／ｒ）１／ｎ－１的奇异性，应变具有（ｌｎＲ／Ｒｎ／ｎ－１的奇异性。从而提示了幂硬化粘塑材料反平面剪动态扩展裂纹尖端场的渐近行为。     

层状磁电复合材料界面共线裂纹平面问题分析

本文研究了面内电磁势载荷作用下双层压电压磁复合材料中共线界面裂纹问题．考虑了压电材料的导磁性质和压磁材料的介电性质,引入了界面电位移和磁感强度的连续性条件．利用Fourier 变换得到一组第二类Cauchy 型奇异积分方程．进一步导出了相应问题的应力强度因子、电位移强度因子和磁感强度强度因子的表达式,给出了应力强度因子的数值结果．结果表明电磁载荷会导致界面裂纹尖端I、II 混合型应力奇异性,同时还伴随着电位移和磁感强度的奇异性．比较了双裂纹左右端的应力强度因子,发现在面内极化方向上施加面内磁势载荷时共线裂纹内侧尖端区域的两个法向应力场发生互相干涉增强．     

断裂力学判据的评述

从Inglis 和Griffith 的著名论文到Irwin 和Rice 等的奠基性贡献,对断裂力学中的线弹性断裂力学的K判据,界面断裂力学的G判据,和弹塑性断裂力学的J 判据作了扼要的综述. 介绍了在界面断裂力学G判据的基础上提出的界面断裂力学的K判据,以说明断裂力学的判据存在改进的可能性. 在综述中归纳出断裂力学判据中目前还没有较好解决的几个问题. 在总结以往断裂力学研究经验的基础上,指出裂纹端应力奇异性的源是对断裂力学判据存在的问题作进一步研究的切入点. 探讨了裂纹端应变间断的奇点是裂纹端应力奇异性的源的问题,从而对裂纹端应力强度因子的物理意义进行了讨论. 最后,阐述了进行可靠的裂纹端应力场的弹塑性分析是改进弹塑性断裂力学判据的关键,而进行可靠的裂纹端应力场的弹塑性分析的前提是要通过裂纹端应力奇异性的源的研究来获得作用在裂纹端的造成裂纹端应变间断的有限值应力.      

圆弧形裂纹问题中的应力对数奇异性

研究了无限大板上的一条圆孤形裂纹, 又在裂纹表面作用有反对称载荷. 换言之, 裂纹两侧表面的载荷是大小相等方向相同的. 上述问题可用复变函数方法来解决. 应力和位移分量通过两个复位函数来表示. 经过一系列推导, 此问题可归结为复变函数的黎曼-希尔巴德(Riemann-Hilbert) 问题, 并且可用闭合形式得出解答. 裂纹端的应力强度因子用通常方法定出. 在裂纹端邻域, 得到的复位函数中有对数函数部分. 由这个对数函数部分, 可以定义和得出裂纹端的对数奇异性, 此对数奇异性系数用闭合型式得出.     

Coupled solution for anisotropic piezoelectric materials with cracks

The coupled elastic and electric fields for anisotropic piezoelectric materials with electrically permeable cracks are analyzed by using Stroh formula in anisotropic elasticity. It is shown from the solution that the tangent component of the electric field strength and the normal component of the electric displacement along the faces of cracks are all constants, and the electric field intensity and electric displacement have the singularity of type (1/2) at the crack tip. The energy release rate for crack propagation depends on both the stress intensity factor and material constants. The electric field intensity and electric displacement inside electrically permeable cracks are all constants.     

各向异性压电材料平面裂纹的耦合场分析

用Stroh方法分析了各向异性压电材料电导通型裂纹问题的耦合场。结果表明,裂纹面上的切向电场强度和法向电位移均为常数,在裂纹尖端有由弹性场的耦事作用产生的奇异电导通裂纹模型中的静电场对裂纹尖端扩展的能量释放率不作贡献。     

含圆孤裂纹系的压电材料反平面应变问题

应用复变函数解析延展原理，并通过求解Ｒｉｅｍａｎｎ－Ｈｉｌｂｅｒｔ问题，得到了含圆弧裂纹压电材料反平面应变问题的一般解，对单个圆弧裂纹的情形，给出了封闭形式的复函数解和场强度因子，结果表明，当无限远处或裂纹表面同时受机械载荷（应力τ＾∞或Ｔｚ）和电载荷（电位移Ｄ＾∞或电荷ｑ）联合作用时，应力强度因子仅与机械载荷有关，而电位移动强度因子仅与电载荷有关。     

电可通纳米尺度孔边均布多裂纹的电弹断裂分析

解析研究了面内电载荷和反平面机械载荷作用下压电体中纳米尺度圆孔边均布电可通多裂纹问题的断裂性能。基于Gurtin-Murdoch表面弹性理论,利用保角映射方法和复变弹性理论给出了裂纹尖端电弹场分布、电弹场强度因子及能量释放率的解析结果。阐述了无量纲电弹场强度因子、无量纲能量释放率的尺寸依赖效应,讨论了裂纹数量和缺陷几何参数对无量纲场强度因子和无量纲能量释放率的影响。结果表明：无量纲电弹场强度因子和无量纲能量释放率具有显著的尺寸依赖效应;考虑表面效应,孔径和裂纹长度相当时,电弹场强度因子达到最大;裂纹/孔径比对电弹场强度因子随裂纹数量变化的制约会随着裂纹数量的增加而逐渐消失;过大或过小的裂纹孔径比会削弱裂纹长度对能量释放率的影响。     

电可通纳米尺度孔边均布多裂纹的电弹断裂分析

解析研究了面内电载荷和反平面机械载荷作用下压电体中纳米尺度圆孔边均布电可通多裂纹问题的断裂性能。基于Gurtin-Murdoch表面弹性理论，利用保角映射方法和复变弹性理论给出了裂纹尖端电弹场分布、电弹场强度因子及能量释放率的解析结果。阐述了无量纲电弹场强度因子、无量纲能量释放率的尺寸依赖效应，讨论了裂纹数量和缺陷几何参数对无量纲场强度因子和无量纲能量释放率的影响。结果表明：无量纲电弹场强度因子和无量纲能量释放率具有显著的尺寸依赖效应；考虑表面效应，孔径和裂纹长度相当时，电弹场强度因子达到最大；裂纹/孔径比对电弹场强度因子随裂纹数量变化的制约会随着裂纹数量的增加而逐渐消失；过大或过小的裂纹孔径比会削弱裂纹长度对能量释放率的影响。     

Analysis of multiple axisymmetric annular cracks in a piezoelectric medium

An axisymmetric annular electric dislocation is defined. The solution of axisymmetric electric and Volterra climb and glide dislocations in an infinite transversely isotropic piezoelectric domain is obtained by means of Hankel transforms. The distributed dislocation technique is used to construct integral equations for a system of co-axial annular cracks with so-called permeable and impermeable electric boundary conditions on the crack faces where the domain is under axisymmetric electromechanical loading. These equations are solved numerically to obtain dislocation densities on the crack surfaces. The dislocation densities are employed to determine field intensity factors for a system of interacting annular and/or penny-shaped cracks.     

Basic solution of two parallel non-symmetric permeable cracks in piezoelectric materials

The behavior of two parallel non-symmetric cracks in piezoelectric materials subjected to the anti-plane shear loading was studied by the Schmidt method for the permeable crack electric boundary conditions. Through the Fourier transform, the present problem can be solved with two pairs of dual integral equations ip which the unknown variables are the jumps of displacements across crack surfaces. To solve the dual integral equations, the jumps of displacements across crack surfaces were directly expanded in a series of Jacobi polynomials. Finally, the relations between electric displacement intensity factors and stress intensity factors at crack tips can be obtained. Numerical examples are provided to show the effect of the distance between two cracks upon stress and electric displacement intensity factors at crack tips. Contrary to the impermeable crack surface condition solution, it is found that electric displacement intensity factors for the permeable crack surface conditions are much smaller than those for the impermeable crack surface conditions. At the same time, it can be found that the crack shielding effect is also present in the piezoelectric materials.     

The mode III cracks originating from the edge of a circular hole in a piezoelectric solid

A mode III fracture problem of edge cracks originating from a circular hole in an infinite piezoelectric solid is studied based on complex variable method combined with the method of conformal mapping. Explicit and exact expressions for the complex potentials, field intensity factors and energy release rates are presented under the assumption that the surface of the cracks and hole is electrically impermeable. Numerical analysis is then conducted to discuss the influences of crack length and applied mechanical/electric loads on the field intensity factors and energy release rate for one and two edge cracks, respectively. It is found that for the case of a single edge crack, the field intensity factors are greater than those of double edge cracks, and moreover the electric loads can either promote or retard crack growth, depending on the magnitude and direction of the applied electric loads.     

热压电介质中的渗透型周期裂纹问题

利用Stroh公式,研究了含共线周期裂纹热的压电介质的广义二维问题。该工作有两个特征：一是裂纹被建模为具有渗透表面的缝隙,并假设为跨越上下表面时,电场的切向分量和电位移的法向分量是连续的;另一个特征是,机－电载荷和热载荷被假设作用在无限远处,而不是在裂纹表面。基于这两个假设,我们获得了有关场强因子,以及裂纹内电场的相当简洁的表达式。结果表明：①在裂纹内电场是线性变化的,②电位移的奇异性总是取决于应力的奇异性.③所有场的奇异性与所加的电载荷无关。