任意多椭圆孔多裂纹无限大板的应力强度因子与M积分

基于弹性力学中平面问题的复势方法,应用保角映射技术,以Faber级数为工具,导出含任意多椭圆孔及裂纹群无限大板在任意载荷作用下其应力场和位移场的级数解,并在此基础上计算了任意多裂纹板的应力强度因子和M积分,数值结果表明,该方法具有计算精度高、收敛速度快、方便快捷等解析法特有的优点。通过算例分析了不同裂纹倾角时M积分值随载荷方向的变化关系,并讨论了裂纹长度、裂纹间距及裂纹倾角等参数对应力强度因子的影响规律,获得了一些重要结论.     

任意多椭圆孔多裂纹无限大各向异性板应力强度因子求解的一种新方法

采用各向异性体平面弹性理论中的复势方法,应用保角变换技术,以F aber级数为工具,导出含任意多椭圆孔和裂纹群无限大各向异性板在远场载荷作用下其应力场和位移场的级数解,并在此基础上利用断裂力学方法确定裂纹尖端的应力强度因子,通过算例讨论了材料参数及裂纹、孔的尺寸等对应力强度因子的影响规律,得出了一些有益的结论。数值结果表明本文方法具有计算精度高、收敛速度快、方便快捷等优点,有利于全面系统地研究各参数对结构断裂性能的影响。     

一维六方准晶有限板孔边对称反平面双裂纹问题的边界配置法

从断裂力学的观点出发,采用边界配置法研究了一维六方准晶中带双裂纹的圆孔口反平面问题.通过选取恰当的位移函数,求得声子场与相位子场的应力和应力强度因子.而板的边界条件由边界配置法近似满足.通过数值算例,讨论了裂纹长度、板的宽度、幂级数项数以及圆孔半径等对应力强度因子的影响.结果表明圆孔半径对应力强度因子的影响非常明显.在有限大板与无限大板两种情况下,裂纹长度与幂级数项数对应力强度因子的影响恰好相反.     

任意多孔多裂纹板的裂纹闭合接触分析

基于摩擦接触问题的数学规划解法，采用各向异性体平面弹性理论中的复势方法，建立了含多椭圆孔及裂纹群有限大各向异性板，在任意载荷作用下裂纹闭合或局部闭合问题的有效分析方法。通过在可能闭合的裂纹边界引入互补变量函数并将其展成Fourier级数形式，以Faber级数为工具，应用保角映射技术和最小二乘边界配点法，导出无卸载情况下裂纹面摩擦接触的线性互补模型，并通过算例验证了方法的有效性。数值结果表明，由于采用级数解描述板应力场和位移场，该方法具有较高的计算精度和效率，便于研究裂纹闭合对应力强度因子等断裂参数的影响。     

应用交替法计算十字形裂纹的应力强度因子

本文对十字形裂纹采用交替法,使得裂纹表面有限单元上边界条件均得到满足,推出任意对称压力作用下递推关系式,并计算了几种载荷下应力强度因子的数值解,对结果中的特例与Sneddon和Sih的理论、数值解相比较,其误差分别小于0.02％和0.5％。     

含中心裂纹正交各向异性有限大板的反平面剪切问题

本文采用边界配置方法计算了含中心裂纹正交各向异性有限大板问题的应力强度因子。在其特例——材料各向同性情形,本文结果与[2]采用Fourier变换方法所得结果一致;同时,本文给出了不同材料参数和裂纹长度情形的计算结果。     

含界面裂纹的不可压缩双金属胶接件的解析变分－守恒积分解法

本文根据平面问题的复变函数理论推导了含界面裂纹双金属胶接件满足微分方程、开裂界面边界条件与未开裂界面连续条件的应力与位移本征函数展开式，并建立了不可压缩双金属界面裂纹的复合型守恒积分及其与应力强度因子之关系，进而利用分区广义变分原理满足其余边界条件确定包含应力强度因子在内的展开式系数，得到守恒积分并求出应力强度因子．数值计算表明，沿不同回路的在恒积分具有很好的守恒性而且由这两种方法所得应力强度因子具有很好的一致性．     

正交异性平面内的椭圆孔或裂纹系问题

应用Ｆａｂｅｒ级数展开和各向异性体平面问题复应力函数的方法，对于含有任意个椭圆孔或裂纹的正交异性平面，给出了孔周应力场解或孔附近裂纹应力强度因子解，其特例与前人结果一致．     

内部压力作用下矩形板中源于椭圆孔的分支裂纹应力强度因子的一种数值分析

应用一种边界元方法来研究内部压力作用下矩形板中源于椭圆孔的分支裂纹。该边界元方法由Crouch与Starfied建立的常位移不连续单元和笔者最近提出的裂尖位移不连续单元构成。在该边界元方法的实施过程中，左、右裂尖位移不连续单元分别置于裂纹的左、右裂尖处，而常位移不连续单元则分布于除了裂尖位移不连续单元占据的位置之外的整个裂纹面及其它边界。本数值结果进一步证实这种数值方法对计算有限大板中复杂裂纹的应力强度因子的有效性，同时该数值结果可以揭示裂纹体几何对应力强度因子的影响。     

含界面裂纹的不可压缩双金属胶接件的解析变分－守恒积分解法

本文根据平面问题的复变函数理论推导了含界面裂纹双金属胶接件满足微分方程、开裂界面边界条件与未开裂界面连续条件的应力与位移本征函数展开式，并建立了不可压缩双金属界面裂纹的复合型守恒积分及其与应力强度因子之关系，进而利用分区广义变分原理满足其余边界条件确定包含应力强度因子在内的展开式系数，得到守恒积分并求出应力强度因子．数值计算表明，沿不同回路的在恒积分具有很好的守恒性而且由这两种方法所得应力强度因子具有很好的一致性．     

基于线法的U形切口混凝土梁断裂参数研究

混凝土的断裂韧度是重要的材料参数，本文利用含U形切口的三点弯曲梁试验结合临界距离线法来获得混凝土的断裂韧度．理论推导了含断裂韧度与不同根部半径的断裂失效方程，采用有限元法计算了切口应力集中系数．根据断裂失效方程和试验中的材料几何参数，利用最小二乘法拟合计算得到混凝土材料的断裂韧度和抗拉强度．对小切口半径情形，采用双K断裂准则分析计算了混凝土起裂韧度和失稳断裂韧度，分析结果表明：临界距离线法得到的材料断裂韧度与双K断裂准则中的失稳断裂韧度吻合，同时获得相应临界距离值．     

Interface crack problems for mode Ⅱ of double dissimilar orthotropic composite materials

The fracture problems near the interface crack tip for mode Ⅱ of double dissimilar orthotropic composite materials are studied. The mechanical models of interface crack for mode Ⅱ are given. By translating the governing equations into the generalized bi-harmonic equations,the stress functions containing two stress singularity exponents are derived with the help of a complex function method. Based on the boundary conditions,a system of non-homogeneous linear equations is found. Two real stress singularity exponents are determined be solving this system under appropriate conditions about himaterial engineering parameters. According to the uniqueness theorem of limit,both the formulae of stress intensity factors and theoretical solutions of stress field near the interface crack tip are derived. When the two orthotropic materials are the same,the stress singularity exponents,stress intensity factors and stresses for mode Ⅱ crack of the orthotropic single material are obtained.     

混凝土断裂过程区的虚拟裂纹粘聚力奇异性

混凝土断裂过程区视为具有粘聚阻力作用的虚拟裂纹，其非线性断裂和尺寸效应特性是与该虚拟裂纹粘聚力分布规律密切相关的。通过得到的粘聚应力分布函数解析结果，对该粘聚力分布特征的分析得知，在基于断裂过程区之外用线弹性场的力学模型上，该粘聚力随距离虚拟裂纹尖点的靠近，仍具有平方根奇异性。从而本文提出一个能够反映裂纹发展状态的粘聚应力奇异性强度参数，它是无粘聚力的线弹性裂纹应力强度因子和表征裂纹张开位移分布多项式参数的函数；因此，该参数可以作为混凝土非线性断裂的一个参量。文中就已有断裂试验测试结果进行了算例分析和相应的讨论。     

Interface crack problems for mode II of double dissimilar orthotropic composite materials

The fracture problems near the similar orthotropic composite materials are interface crack tip for mode Ⅱ of double disstudied. The mechanical models of interface crack for mode Ⅱ are given. By translating the governing equations into the generalized hi-harmonic equations, the stress functions containing two stress singularity exponents are derived with the help of a complex function method. Based on the boundary conditions, a system of non-homogeneous linear equations is found. Two real stress singularity exponents are determined be solving this system under appropriate conditions about bimaterial engineering parameters. According to the uniqueness theorem of limit, both the formulae of stress intensity factors and theoretical solutions of stress field near the interface crack tip are derived. When the two orthotropic materials are the same, the stress singularity exponents, stress intensity factors and stresses for mode II crack of the orthotropic single material are obtained.     

功能梯度材料的黏弹性断裂问题

功能梯度材料(FGM)是一种不同于传统复合材料的新型工程复合材料 [1], 国内外关于FGM 的断裂力学方面的研究发展非常迅速. 关于FGM静态裂纹问题，学者们研究了不同类型裂纹 尖端场的应力强度因子 [2-5], 探讨了有限长裂纹在不用载荷作用下的传播等问题. 而关于动 态裂纹问题，也已经取得很大成就 [6-9]. FGM一个很重要的应用是高温结构材料，在强大的 热环境中，很多材料都呈现出黏弹性. 因此，研究FGM的黏弹性断裂力学非常具有实际价值. 对此，众多研究 [10-14]提出不同的分析模型，并在不同受载条件，通过 理论计算，分析了黏弹性裂纹尖端场的力学 行为. 本文考查了功能梯度材料板条中界面裂纹垂直于梯度方向时的黏弹性断裂问题，首先利用有 限元法求解线弹性功能梯度材料板条的裂纹尖端场，然后根据黏弹性的对应性原理，求解出 黏弹性功能梯度材料板条裂纹问题的应力场强度因子.     

具有随机参数的含裂纹板弯曲应力强度因子的统计分析

本文首次应用随机有限元法研究了具有随机参数的含裂纹板裂纹尖端弯曲应力强度因子的统计性质。文中首先给出了杂交模式的裂纹尖端奇异单元的刚度矩阵,然后基于随机场的局部平均理论和一阶泰勒展开得到了应力强度因子均值和方差的计算公式。作为数例,详细讨论了杨氏模量、泊松比及板厚度的不确定性对应力强度因子的影响。     

概率断裂分析的随机边界元法

应用随机边界元法分析材料弹性常数的随机性和裂纹面随机性对应力强度因子的影响。文中首先简介了随机边界元法，给出了具有随机材料或几何参数的弹性体的边界位移或面力的协方差，进而给出了材料参数和裂纹面随机时应力强度因子均值和方差的计算公式。算例中详细讨论了杨氏模量、泊松比及裂纹面的随机性对应力强度因子的影响。     

黏弹性界面断裂分析的增量“加料”有限元法

提出了一种适用于黏弹性界面裂纹问题的增量“加料” 有限元方法. 利用弹性界面裂纹尖端位移场的解答,通过对应原理和拉普拉斯逆变换近似方法,得到了黏弹性界面裂纹的尖端位移场. 用该位移场构造了黏弹性界面裂纹“加料” 单元和过渡单元位移模式,推导了增量“加料” 有限元方程,求解有限元方程可获得应力强度因子和应变能释放率等断裂参量. 建立了典型黏弹性界面裂纹平面问题“加料” 有限元模型,计算结果表明,对于弹性/黏弹性界面裂纹和黏弹性/黏弹性界面裂纹,该方法都能得到相当精确地断裂参量,并能很好地反映蠕变和松弛特性,可推广应用于黏弹性界面断裂问题的计算分析.     

考虑应力三轴度影响的30CrMnSiNi2A钢韧性断裂研究

30CrMnSiNi2A钢是一种在军工领域应用广泛的低合金高强度钢。针对结构完整性的评估问题,采用试验和数值计算结合的方法研究了30CrMnSiNi2A钢的韧性断裂特性。对光滑圆棒试件在不同温度下进行准静态和动态拉伸试验,并通过有限元迭代方法标定了材料的Johnson-Cook动态本构模型参数,分析了温度和应变率对30CrMnSiNi2A钢断裂行为的影响。开展了缺口圆棒拉伸、缺口平板剪切和圆柱压缩试验,计算了各试件对应的平均应力三轴度和断裂应变,给出了应力三轴度在?1/3～1.5区间内的断裂应变变化曲线,分别确定了Johnson-Cook和Bao-Wierzbicki失效模型参数。研究表明,30CrMnSiNi2A钢的断裂应变与应力状态密切相关,且在不同的应力三轴度区间内曲线单调性差异较大,Bao-Wierzbicki失效模型较好地描述了这种钢在不同应力状态下的断裂特性。