粘弹性介质中扩展裂纹与J积分

本文提出了在线弹性及粘弹性介质中扩展裂纹与路径无关的J~*积分,并给出了严密的证明。文中证明了J~*积分与扩展裂纹尖端的张开位移(动态COD)之间有简单的关系,同时利用J~*积分求得了粘弹性介质中变速扩展裂纹尖端的奇异性。当裂纹以常速扩展时,J~*积分与能量释放率、动应力强度因子之间也有简单的关系。利用这些关系,我们给出了动态COD与动应力强度因子之间的关系式。     

两种正交异性材料界面上裂纹冲击后的动态响应

本文研究了两种不同正交异性材料界面半无限长裂纹，在冲击荷载下的动态弹塑性响应。通过积分变换，Ｗｉｅｎｅｒ－Ｈｏｐｆ方法和Ｃａｇｎｉａｒｄ－ｄｅＨｏｏｐ反演围通技术，求得一般解析解，获得了该裂纹的动应力强度因子；通过采用Ｄｕｇｄａｌｅ模型，建立了裂纹尖端塑性区延伸速度与裂纹扩展速度的关系，以及动态ＣＯＤ与裂纹扩展速度的关系。     

循环J积分作为疲劳裂纹扩展驱动力的研究

对循环Ｊ积分ΔＪ可否作为应力强度因子幅ΔＫ不再适用的场合的裂纹扩展驱动力进行了研究。用Ｄ－Ｂ法估计了中心裂纹板（ＣＣＰ）和单边裂纹板（ＳＥＣＰ）试件受单调加载作用的Ｊ积分的塑性部分Ｊｐ，并与有限元结果进行了比较。本文还对Ｖ型和半圆切口根部萌生的短裂纹在循环载荷下进行了弹塑性大应变有限元分析。结果表明ΔＪ有一定的路径相关性，即由较靠近裂尖的积分路径得的ΔＪ值小于较远路径上获得的，两者又都小于Ｄ－Ｂ法估计得ΔＪ值，切口根部短裂纹扩展实验和表面裂纹远场大应变控制下低周疲劳实验表明，由Ｄ－Ｂ法估计的ΔＪ在一定条件下可以作为疲劳裂纹扩展驱动力，深度方向和表面长度方面的裂纹扩展率皆可由线性似合线来表示。考虑闭合效应后，ｄａ／ｄＮ－ΔＪｅｆｆ也是Ｐａｒｉｓ型关系，而且可在切口根部萌生出的裂纹很短的条件下使用     

动态裂纹扩展中的分形效应

假设裂纹顶端沿着分形轨迹运动，建立了裂纹扩展的分形弯折（ｋｉｎｋｉｎｇ）模型来描述裂纹的动态扩展。根据这个模型，我们推导了分形裂纹扩展对劝态应力强度和裂纹速度的影响．动态应力强度因子与表观应力强度因子之比Ｋ（ｌ（ｔ），Ｖ）／Ｋ（Ｌ（ｔ），Ｏ）是表观裂纹速度Ｖ＿Ｏ，材料微结构参数（ｄ／Δａ），分维Ｄ和裂纹扩展路径的弯折角θ的函数。本文研究结果表明：在分形裂纹扩展中，表观（或量测）的裂纹速度Ｖ＿Ｏ很难接近Ｒａｙｌｅｉｇｈ波速Ｃ＿ｒ．动态断裂实验中Ｖ＿Ｏ明显低于Ｃ＿ｒ的原因可能是分形裂纹扩展效应所致。材料的微结构，裂纹扩展路径的分维和弯折角均很强地影响动态应力强度因子和裂纹扩展速度。     

Ⅰ＋Ⅱ复合型弹塑性断裂的COD分析

以Ｒｉｃｅ的裂纹尖端钝化模型为基础定义了复合载荷下裂纹尖端的位移ＣＯＤ，ＣＴＯＤ和ＣＴＳＤ，ＣＴＯＤ和ＣＴＳＤ是复合型裂尖位移ＣＯＤ的Ⅰ和Ⅱ型分量。对铝合金Ｌｙ１２复合Ⅰ＋Ⅱ型弹塑性断裂行为进行了ＣＯＤ分析，并对复合载荷下ＣＯＤ与Ｊ积分关系进行了讨论。结果表明：（１）随Ⅱ型分量的增加，Ｌｙ１２启裂的ＣＯＤ值增加，纯Ⅱ型的启裂ＣＯＤ值理纯Ⅰ型的６倍：（２）Ｌｙ１２复合载荷下的ＣＯＤ与复合Ｊ积分值ＪＭ     

浅裂纹COD减小因子m值的分析与计算

本文提出了适用于工程中浅裂纹Ｊ积分和ＣＯＤ的关系式,根据实验和三维有限元计算的结果,对ＣＯＤ值减小因子ｍ值进行了分析,为浅裂纹断裂强度设计与断裂破坏分析提供一种思路．     

多个纵向环形界面裂纹对P波散射的动应力强度因子

研究多个纵向环形界面裂纹的Ｐ波散射问题。以裂纹面的位错密度函数为未知量,利用Ｆｏｕｒｉｅｒ积分变换,将问题归结为第二类奇异积分方程,然后通过数值求解,获得裂纹尖端的动应力强度因子。最后给出了双裂纹动应力强度因子随入射波频率变化的关系曲线。     

界面超高速自相似动态分层分析：反平面情况

对材料界面超高速自相似动态分层的反平面问题进行了解析分析。分层模拟为界面裂纹由零长度自相似扩展，扩展速度为蹭音速或超音速。首先考虑运动集中载荷作用下界面动态分层的情况，利用界面裂纹自相似扩展的运动位错模型将问题归结为奇异积分方程，并求得解析解，分析了裂纹尖端的应力奇性，获得了动应力强度因子。最后，利用叠加原理给出了ｘ＾ｎ型载荷作用下界面动态分层的解。     

薄膜涂层材料中币形界面裂纹的弹性波散射

研究了薄膜涂层材料中币形界面裂纹的弹性波散射问题,建立了含有币形界面裂纹的覆层半空间模型,采用Hankel积分变换,将裂纹对弹性波散射的问题转化为求解矩阵形式的奇异积分方程。结合渐近分析和围道积分技术得到积分方程的解,进一步推导了散射波的应力场和位移场,以及动应力强度因子的理论计算公式。在数值算例中,分析了不同材料组合和裂纹尺寸情况下动应力强度因子与入射波频率的关系,并给出了裂纹张开位移的结果。为薄膜涂层材料的动态破坏分析提供了一定的理论基础。     

拱形试件动态断裂的动光弹分析

本文采用动光弹方法,分析了对带边裂纹的拱形三点弯曲试件在抢击加载条件下的瞬态反应。从多火花动光弹仪记录下来的16幅断裂过程的照片和微机输出的电火花光信号图上,得到了各时刻的等差线图形和裂纹长度。使用运动裂纹尖端附近的应力场解,去计算动应力强度因子。对环氧树脂材料,测定了动态应力强度因子与裂纹扩展速度之间的关系,并给出了当裂纹扩展速度达到410m/s时,为裂纹产生分叉的条件。     

双边切口薄板小试件动态弹塑性有限元分析

对［１］中采用的双边切口薄板小试件进行了动态弹塑性有限元分析，计算了动态积分，研究论证了积分作为该试验系统试件裂端表征参量的可行性；对深裂纹Ｒｉｃｅ公式计算动态积分的有效性进行了验证。为文［１］提出的平面应力型动态弹塑性起裂韧度的表征与测试方法提供了进一步的论证。     

功能梯度压电带中裂纹对SH波的散射

研究功能梯度压电带中裂纹对SH波的散射问题,为了便于分析,材料性质假定为指数模型,并假设裂纹面上的边界条件为电渗透型的.根据压电理论得到压电体的状态方程,利用Fourier积分变换,问题转化为对偶积分方程的求解.用Copson方法求解积分方程.求得了裂纹尖端动应力强度因子、电位移强度因子的解析表达式,最后数值结果显示了标准动应力强度因子与入射波数、材料参数、带宽、波数以及入射角之间的关系.     

The dynamic behavior of two collinear interface cracks in magneto-electro-elastic materials

In this paper, the dynamic behavior of two collinear symmetric interface cracks between two dissimilar magneto-electro-elastic material half planes under the harmonic anti-plane shear waves loading is investigated by Schmidt method. By using the Fourier transform, the problem can be solved with a set of triple integral equations in which the unknown variable is the jump of the displacements across the crack surfaces. To solve the triple integral equations, the jump of the displacements across the crack surface is expanded in a series of Jacobi polynomials. Numerical solutions of the stress intensity factor, the electric displacement intensity factor and the magnetic flux intensity factor are given. The relations among the electric filed, the magnetic flux field and the stress field are obtained.     

Experimental method of dynamic caustics and its application in fracture mechanics

The equation of static and dynamic caustics, and the formulae determining the position of crack tip and stress intensity factor are given. It is proven that for the case of low speed of crack propagation the static formula is applicable in calculation. A simple method to measure the static stress-optical constants is proposed. An Optical system which is suitable for the experiments of dynamic caustics was set-up and used to study the fracture in beam and rings with initial crack under impact loading. A series of dynamic caustics' photographs and curves showing the variations of corresponding crack lengths and dynamic stress intensity factors with time, are presented.     

A moving mode-III crack in functionally graded piezoelectric material: permeable problem

In this paper a moving mode-III crack in functionally graded piezoelectric materials (FGPM) is studied. The crack surfaces are assumed to be permeable. The governing equations for FGPM are solved by means of Fourier cosine transform. The mathematical formulation for the permeable crack condition is derived as a set of dual integral equations, which, in turn, are reduced to a Fredholm integral equation of the second kind. The results obtained indicate that the stress intensity factor of moving crack in FGPM depends only on the mechanical loading. The gradient parameter of the FGPM and the moving velocity of the crack do have significant influence on the dynamic stress intensity factor.     

Interface crack extension at any constant speed in orthotropic or transversely isotropic bimaterials––I. General exact solutions

A semi-infinite crack along the interface of two dissimilar half-spaces extends under in-plane loading. Each half-space belongs to a class of orthotropic or transversely isotropic elastic materials, the crack can extend at any constant speed, and all six possible relations between the four body wave speeds are considered. A steady dynamic situation is treated, and exact full displacement fields derived. A key step is a factorization that produces, despite anisotropy, simple solution forms and compact crack speed-dependent functions that exhibit the Rayleigh and Stoneley speeds as roots. These roots are calculated for various representative bimaterials.Closed-form crack opening displacement gradient and interface stress fields are also derived from a general set of coupled singular integral equations. The equation eigenvalues can, depending on crack speed, be complex/imaginary conjugates, purely real, or zero. This suggests possibilities observed in other studies: oscillations and square-root singular behavior at the crack edge, non-singular behavior, singular behavior not of square-root order, and the radiation of displacement gradient discontinuities at crack speeds beyond the purely sub-sonic range.These possibilities are explored further in terms of two important special cases in Part II of this study [Int. J. Solids Struct., 39, 1183–1198].     

三维动态裂纹问题的超奇异积分方程法

基于弹性材料的动态基本方程，结合广义Betti-Rayleigh互易等式与时域下的边界积分方程，推导得到时域下的超奇异积分方程组。引入Laplace域下的动态基本解，将经过主部分析的积分核函数分解为静态和动态部分，其中动态积分核不具有奇异性。在裂纹前沿附近单元，采用与理论分析一致的平方根位移模型。结合Lubich时间卷积实现拉氏变换，采用配置点法计算超奇异积分，获得问题的数值解。并针对椭圆裂纹算例编写Fortran程序，得到冲击荷载作用下张开型裂纹的动态应力强度因子变化规律，数值结果稳定且收敛速度快。     

三点弯曲试样动态应力强度因子计算研究

利用Hopkinson压杆对三点弯曲试样进行冲击加载,采集了垂直裂纹面距裂尖2mm和与裂纹面成60°距裂尖5mm处的应变信号。根据裂尖附近测试的应变信号计算试样的动态应力强度因子,并与有限元计算结果进行比较,结果表明由于裂尖有一段疲劳裂纹区,通过裂尖附近应变信号来计算动态应力强度因子时,如果裂尖位置确定不准及粘贴应变片位置不够准确对计算结果将带来很大影响。因此利用应变片法计算动态应力强度因子时,为了获得更准确的计算结果,在实验后应对试件裂纹面进行分析测量,重新确定裂尖位置,必要时需对应变片至裂尖距离进行修正后再计算动态应力强度因子值。