晶体取向对单晶体断裂特征影响的模拟分析

结合Ni基单晶合金制三种不同晶体取向的紧凑拉伸试样试验,本文利用考虑有限变形和品格转动效应的晶体滑移有限元程序对单晶体三维断裂特征进行了模拟计算分析,详细考察了裂纹尖端三维应力场特征和断裂特征,结果表明:晶体取向对裂纹尖端应力场有较大影响,但应力沿试样厚度方向明显分成两个部分,在试样心部,应力沿厚度方向变化不大,在试样外表面则明显变化。裂纹尖端张开位移(CTDD)沿厚度方向类似分成两个部分。垂直于滑移面的应力分量致单晶体的准解理断裂,即裂纹的起裂和扩展途径均与该应力分量有关。     

三维切口/裂纹结构的扩展边界元法分析

在线弹性理论中,三维 V 形切口/裂纹结构尖端区域存在多重应力奇异性,常规数值方法不易求解. 本文提出和建立了三维扩展边界元法 (XBEM),用于分析三维线弹性 V 形切口/裂纹结构完整的位移和应力场. 先将三维线弹性 V 形切口/裂纹结构分为尖端小扇形柱和挖去小扇形柱后的外围结构. 尖端小扇形柱内的位移函数采用自尖端径向距离 $r$ 的渐近级数展开式表达,其中尖端区域的应力奇异指数、位移和应力特征角函数通过插值矩阵法获得. 而级数展开式各项的幅值系数作为基本未知量. 挖去扇形域后的外围结构采用常规边界元法分析. 两者方程联立求解可获得三维 V 形切口/裂纹结构完整的位移和应力场,包括切口/裂纹尖端区域精细的应力场. 扩展边界元法具有半解析法特征,适用于一般三维 V 形切口/裂纹结构完整位移场和应力场的分析,其解可精细描述从尖端区域到整体结构区域的完整应力场. 作者研制了三维扩展边界元法程序,文中给出了两个算例,通过计算结果分析,表明了扩展边界元法求解三维 V 形切口/裂纹结构完整应力场的准确性和有效性.      

ANALYSIS OF 3-D NOTCHED/CRACKED STRUCTURES BY USING EXTENDED BOUNDARY ELEMENT METHOD 1)

在线弹性理论中,三维 V 形切口/裂纹结构尖端区域存在多重应力奇异性,常规数值方法不易求解. 本文提出和建立了三维扩展边界元法 (XBEM),用于分析三维线弹性 V 形切口/裂纹结构完整的位移和应力场. 先将三维线弹性 V 形切口/裂纹结构分为尖端小扇形柱和挖去小扇形柱后的外围结构. 尖端小扇形柱内的位移函数采用自尖端径向距离 $r$ 的渐近级数展开式表达,其中尖端区域的应力奇异指数、位移和应力特征角函数通过插值矩阵法获得. 而级数展开式各项的幅值系数作为基本未知量. 挖去扇形域后的外围结构采用常规边界元法分析. 两者方程联立求解可获得三维 V 形切口/裂纹结构完整的位移和应力场,包括切口/裂纹尖端区域精细的应力场. 扩展边界元法具有半解析法特征,适用于一般三维 V 形切口/裂纹结构完整位移场和应力场的分析,其解可精细描述从尖端区域到整体结构区域的完整应力场. 作者研制了三维扩展边界元法程序,文中给出了两个算例,通过计算结果分析,表明了扩展边界元法求解三维 V 形切口/裂纹结构完整应力场的准确性和有效性.     

THE STRESS FIELD AT MODE I CRACK TIP ON STEEL PIPE UNDER AXIAL TENSION

采用弹性断裂力学Westergaard 的方法,分析在轴向拉伸载荷作用下钢管的Ⅰ型裂纹尖端处的应力场. 基于Ⅰ型裂纹钢管应力场的特征,设定尖端处的应力艾雷函数,给出其应力场模型边界条件和应力场的解析函数,并利用裂纹尖端处的切平面研究裂纹尖端局部应力场,建立了钢管裂纹尖端应力场模型. 通过钢管与平板Ⅰ型裂纹应力场模型的对比,结果表明二者明显不同,钢管裂纹尖端处应力峰值影响范围仅与裂纹长度、拉应力相关.     

沿厚度非均匀复合材料的动态断裂力学研究

对于非均匀复合材料中多个裂纹的动态断裂力学问题，提出了一种分析方法，假设复合材料为正交各向异性并含有多个垂直于厚度方向的裂纹，材料参数沿厚度方向为变化的，沿该方向将复合划分为许多单层，假设单层材料参数为常数，Ｆｏｕｒｉｅｒ变换法，在Ｌａｐｌａｃｅ域内推导出了控制问题的奇异积分方程组并用虚位移原理求解，然后利用Ｌａｐｌａｃｅ数值反得刺裂纹尖端的动态应力强度因子和能量释放率，作为算例，研究了带有两个裂     

正交各向异性功能梯度材料反平面裂纹尖端应力场

采用积分变换-对偶积分方程方法,研究了正交各向异性功能梯度材料反平面裂纹问题,文中假定材料沿两个主轴方向的剪切模量成比例按双参数梯度模型变化,通过求解对偶积分程并考虑变形Bessel函数的渐特性,推导出了裂纹尖端应力场,最后考察了材料非均匀性及正交性对应力强度因子的影响。     

基于神经网络的界面裂纹尖端场分析

通过构造反向传播神经网络，对裂纹尖端的应力场进行模拟，进而实现对裂纹尖端应力场甬数的逼近。得到的网络具有较高的联想、记忆能力和相当的稳定性，并且可以快速、准确地得到带裂纹构件的裂纹尖端应力场，从而确定裂纹尖端的塑性区和分析裂纹的扩展。数值计算给出了LY12-CZ材料裂纹扩展方向的计算结果，与实验结果吻合较好，还给出了两相材料含界面裂纹在复合型载荷作用下的塑性区形状的变化情况，并对两相材料含界面裂纹在复合型载荷作用下裂纹的扩展方向进行了预测。     

接触载荷条件下表面缺口尖端应力场的光弹性分析

应用光弹性方法研究了不同接触载荷下缺口尖端的应力场，对接触疲劳裂纹扩张机理进行了探讨。结果表明：１）缺口体尖端附近垂直于接触载荷方向的压应力大大低于光滑体的压应力σＹ值，两种条件下的沿外载方向的压应力σｚ的大小随层深的变化相差不大；２）缺口体的最大剪切应力τ１２和τ４５的最大值在表面，而光滑体的τ１２和τ４５的最大值在表层下；３）有摩擦力时各应力分量的值大于无摩擦时相应应力值；４）接触疲劳裂纹主要以Ⅱ型方式扩张，扩张方向和路径与表层下最大剪应力的包络线一致。     

非均匀复合材料的动态热弹性断裂力学分析

对非均匀复合材料的动态热弹性断裂力学问题进行了研究,假设材料参数沿厚度方向为变化的,沿该方向将复合材料划分为许多单层,取每一单层材料参数为常数,应用Fourier变换法,在Laplace域内推导出了控制问题的奇异积分方程组,给出了热应力强度因子的表达式,然后利用Laplace数值反演,得出了裂纹尖端的动态应力强度因子．本文的方法具有以下特点：（1）多个垂直于厚度方向的裂纹,（2）材料可以为正交各向异性：（3）考虑了惯性效应．作为算例,研究了带有两个裂纹的功能梯度结构,分析了材料参数的变化对应力强度因子的影响．     

动态载荷下功能梯度复合材料的圆币形裂纹问题

研究了动态载荷下功能梯度材料中的圆币形裂纹问题．假设材料为横观各向同性,并且含有多个垂直于厚度方向的裂纹,材料参数沿轴向（与裂纹面垂直的方向）为变化的,沿该方向将材料划分为许多单层,各单层材料参数为常数,利用Hankel变换祛,在Laplace域内推导出了控制问题的对偶积分方程组．利用Laplace数值反演,得出了裂纹尖端的动态应力强度因子和能量释放率．研究了含两个裂纹的功能梯度接头结构,分析了材料非均匀性参数对应力强度因子和能量释放率的影响．