动态裂纹尖端弹粘塑性场的研究

本文利用弹一粘一塑性材料力学模型，对动态扩展裂纹尖端的指数奇异性和对数奇异性进行了渐近分析。文中假定，弹性阶段的粘性效应可以略去，仅在塑性应变中粘性才起作用，对于这种模型，推导出了其率敏感型的本构关系。以Ⅱ型裂纹为例，进一步推导了两种奇异性下裂纹尖端场的渐近微分控制方程，并进行了数值仿真分析。同时讨论了粘性系数α、马赫数M^2对裂纹尖端应力应变场的影响，即，弹粘塑性材料扩展裂纹的奇异性取决于其粘性系数和马赫数，粘性系数较大时，裂纹尖端场具有对数奇异性；粘性系数较小时，裂纹尖端场具有指数奇异性。修正了文献中对数奇异性区域的大小；解释了文献中过渡区的成因；给出了过渡区尖端应力场解的形式，从而建立了裂纹尖端场的统一解。     

双材料界面Ⅰ型扩展裂纹尖端的弹黏塑性场

双材料界面中存在材料黏性效应, 对界面裂纹尖端场的分布和界面本身性能 的变化起着重要的影响. 考虑裂纹尖端的奇异性, 建立了双材料界面扩展裂纹尖端的弹黏塑 性控制方程. 引入界面裂纹尖端的位移势函数和边界条件, 对刚性-弹黏塑性界面I型界面 裂纹进行了数值分析, 求得了界面裂纹尖端应力应变场, 并讨论了界面裂纹尖端场随各影响 参数的变化规律. 计算结果表明, 黏性效应是研究界面扩展裂纹尖端场时的一个主要因素, 界面裂纹尖端为弹黏塑性场, 其场受材料的黏性系数、马赫数和奇异性指数控制.     

某抽水蓄能电站地下洞室围岩岩体质量特征分析

考虑材料的黏性效应建立了II型动态扩展裂纹尖端的力学模型，假设黏性 系数与塑性等效应变率的幂次成反比，通过分析使尖端场的弹、黏、塑性得到合理匹配，并 给出边界条件作为扩展裂纹定解的补充条件，对理想塑性材料中平面应变扩展裂纹尖端场进 行了弹黏塑性渐近分析，得到了不含间断的连续解，并讨论了II型裂纹数值解的性质随各参 数的变化规律. 分析表明应力和应变均具有幂奇异性，对于II型裂纹，裂尖场不含弹性卸载 区. 引入Airy应力函数，求得了II型准静态裂纹尖端场的控制方程，并进行了数值分析， 给出了裂纹尖端的应力应变场. 当裂纹扩展速度($M\to 0$)趋于零时，动态解趋 于准静态解，表明准静态解是动态解的特殊形式.     

蠕变硬化材料中Ⅱ型扩展裂纹尖端场特性研究

采用弹牯塑性力学模型,对蠕变硬化材料中平面应变扩展裂纹尖端场进行了渐近分析.假设人工粘性系数与等效塑性应变率的幂次成反比,通过量级匹配表明应力和应变均具有幂奇异性,奇异性指数由粘性系数中等效塑性应变率的幂指数唯一确定.通过数值计算讨论了Ⅱ型准静态扩展裂纹尖端场的分区构造以及裂纹尖端应力和应变场的特性随各材料参数的变化规律,结果表明裂尖场由材料的粘性和塑性共同主导.当硬化系数为零时裂尖场可退化为相应的HR场.     

具有鲍氏效应的幂硬化材料Ⅲ型定常扩展裂纹奇异场

本文利用和提出的考虑鲍氏效应的塑性硬化(即各向异性硬化)模型,通过引入一表征各向异性硬化效应的参数β,得到了幂硬化材料的本构方程。分析了Ⅲ型定常扩展裂纹尖端的弹塑性场,得到了对数奇异性的解。给出了尖端附近应力应变场的可能变化范围,及裂纹的开口位移。并对真实解作出了预期。     

Ⅱ型动态扩展裂纹尖端的弹黏塑性渐近场

考虑材料的黏性效应建立了Ⅱ型动态扩展裂纹尖端的力学模型,假设黏性系数与塑性等效应变率的幂次成反比,通过分析使尖端场的弹、黏、塑性得到合理匹配,并给出边界条件作为扩展裂纹定解的补充条件,对理想塑性材料中平面应变扩展裂纹尖端场进行了弹黏塑性渐近分析,得到了不含间断的连续解,并讨论了Ⅱ型裂纹数值解的性质随各参数的变化规律.分析表明应力和应变均具有幂奇异性,对于Ⅱ型裂纹,裂尖场不含弹性卸载区.引入Airy应力函数,求得了Ⅱ型准静态裂纹尖端场的控制方程,并进行了数值分析,给出了裂纹尖端的应力应变场.当裂纹扩展速度(M→0)趋于零时,动态解趋于准静态解,表明准静态解是动态解的特殊形式.     

Ⅱ型动态扩展裂纹尖端场的仿真分析

采用弹粘塑性力学模型，对Ⅱ型动态扩展裂纹尖端的对数奇异性，进行了数值仿真计算。详细地分析了粘性系数α、马赫数M^2对裂纹尖端的应力场影响。指出了文献[1]中对数奇异性区域存在的问题，解释了文献[1]中过度区的成因，对过度区尖端场解的形式和求解方法做了合理的推测。     

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。     

幂硬化可压缩材料Ⅰ型动态裂纹尖端奇异场

研究了平面应变条件下幂硬化可压缩材料中定常扩展的Ⅰ型动态裂纹尖端应力应变奇异场．采用Ｊ２流动理论和场量直角坐标分量，得到了应力应变奇异性不同时的裂纹尖端渐近场，其中场量的角变化规律和理想弹塑性材料的完全相同     

幂硬化可压缩材料Ⅰ型动态裂纹尖端奇异场

研究了平面应变条件下幂硬化可压缩材料中定常扩展的Ⅰ型动态裂纹尖端应力应变奇异场．采用Ｊ２流动理论和场量直角坐标分量，得到了应力应变奇异性不同时的裂纹尖端渐近场，其中场量的角变化规律和理想弹塑性材料的完全相同     

新型各向异性核工业石墨断裂力学行为的实验研究和数值分析

本文分别采用激光和白光DSCM(数字散斑相关测量)方法对一种新型各向异性核工业石墨的裂纹尖端位移、应变场进行了实验研究，两种方法都取得了较好的结果。考虑核工业石墨制备过程形成的各向异性特点，本文构建了三维各向异性有限元模型，采用奇异单元，计算模拟石墨裂纹尖端的变形和应力场，通过对实验结果和有限元计算结果的比较可以发现两者具有相近的趋势。     

不同硬化指数的幂次硬化结合材料的界面端奇异性分析

从位移匹配的观点出发,本文认为对任意结合角度的幂次硬化材料界面端弹塑性问题,如果两种材料的硬化指数不相同,则应力场的奇异次数应由硬化指数较高一方材料的材料性质和几何形状决定。进一步分析表明,奇异次数只与该材料的硬化指数n及界面端角度有关,与比例常数α等其它材料常数无关。通过边界元数值计算对上述结论进行了验证,并且发现随着硬化指数的提高,应力奇异次数降低。     

The influence of a rate sensitive effect of material for a propagating crack-tip field

The elastic-viscoplastic model proposed in [1] is used in this paper to analyze the quasi-statically growing crack field and dynamic propagating crack-tip field of mode III. By analysis, we obtained more reasonable results than those of an elastic-plastic material. When the effect of rate sensitivity of a material is considered, it is found that only the quasi-statically growing crack-tip field is the special case of dynamic propagating crack-tip field when Mach numberM approaches zero.     

三维轮轨法向接触力学行为弹塑性理论分析

基于Hertz接触理论和双线性强化模型,建立了轮轨法向接触弹塑性理论分析模型,分析了轮轨法向接触力学响应特征,讨论了轴重对接触压力和接触变形的影响规律。同时,基于三维轮轨接触有限元模型模拟了轮轨接触力学行为,并引入理论误差系数分析了弹性模型和双线性强化模型对轮轨接触力学响应预测结果的差异性。结果表明,轮轨最大接触压力和接触变形量均随轴重的增大而增大;双线性强化模型的理论误差系数较小,采用双线性强化分析模型能较准确地预测轮轨接触弹塑性力学行为。研究结果可为轮轨系统安全服役和损伤评估提供理论和技术支持。     

A WEIGHTED RESIDUAL METHOD FOR ELASTIC-PLASTIC ANALYSIS NEAR A CRACK TIP AND THE CALCULATION OF THE PLASTIC STRESS INTENSITY FACTORS

In this paper,a weighted residual method for the elastic-plastic analysis near a crack tip is systematically given by taking the model of power-law hardening under plane strain condition as a sample.The elastic-plastic solutions of the crack tip field and an approach based on the superposition of the nonlinear finite element method on the complete solution in the whole crack body field,to calculate the plastic stress intensity factors,are also developed.Therefore,a complete analysis based on the calculation both for the crack tip field and for the whole crack body field is provided.     

GENERAL FORM OF MATCHING EQUATION OF ELASTIC-PLASTIC FIELD NEAR CRACK LINE FOR MODEⅠCRACK UNDER PLANE STRESS CONDITION

Crack line field analysis method has become an independent method for crack elastic-plastic analysis, which greatly simplifies the complexity of crack elastic-plastic problems and overcomes the corresponding mathematical difficulty. With this method, the precise elastic-plastic solutions near crack lines for variety of crack problems can be obtained. But up to now all solutions obtained by this method were for different concrete problems, no general steps and no general form of matching equations near crack line are given out. With crack line analysis method, this paper proposes the general steps of elastic-plastic analysis near crack line for mode Ⅰ crack in elastic-perfectly plastic solids under plane stress condition, and in turn given out the solving process and result for a specific problem.     

折线型裂纹对SH波的动力响应

利用Fourier积分变换方法,得出了无限平面中用裂纹位错密度函数表示的单裂纹散射场．根据无穷积分的性质,把单裂纹的散射场分解为奇异部分和有界部分．利用单裂纹的散射场建立了折线裂纹在SH波作用下的Cauchy型奇异积分方程．根据折线裂纹散射场和所得的积分方程讨论了裂纹在折点处的奇性应力及折点处的奇性应力指数．利用所得的奇性应力定义了折点处的应力强度因子．对所得Cauchy型奇积分方程的数值求解,可得裂纹端点和折点处的动应力强度因子。     

含旋转椭球形夹杂复合材料的弹塑性本构关系

在体胞模型的基础之上应用解析方法分析了颗粒或短纤维增强复合材料的本构行为，结合数值计算给出了表征材料本构关系的解析表达式，提出了一种新的正交椭球坐标变换以简化推导过程，在计算中，将真实位移场分为两部分：基本场的扰动场，然后通过摄动方法将原来的非线性问题转化为一组线性方程组的求解，计算了当基体材料和夹杂的特征参数取不同值时的应力应变曲线，并与已有的实验和分析结果进行了比较，符合得较好，通过对数值计算结果的拟合，提出了一个颗粒或短纤维增强复合材料的弹塑性本构关系的解析表达式。     

与两相材料界面接触的裂纹对SH波的散射

利用积分变换方法得出了两相材料中作用简谐集中力时的格林函数．根据所得的格林函数并利用Betti-Rayleigh互易定理得出了与界面接触裂纹的散射波场．裂纹的散射波场可分解为两部分，一部分为奇异的散射场，另一部分为有界的散射场．利用分解后的散射场，可得裂纹在SH波作用下的超奇异积分方程．根据裂纹散射场的奇异部分和Cauchy型奇异积分的性质得出了裂纹和界面接触点处的奇性应力指数和接触点角形域内的奇性应力．利用所得的奇性应力定义了裂纹和界面接触点处的动应力强度因子．对所得超奇异积分方程的数值求解可得裂纹端点和接解点处的应力强度因子。     

ANALYSIS OF AN INCOMPRESSIBLE RUBBER WEDGE CONTACTING WITH A RIGID NOTCH

I. INTRODUCTION It is well known that rubber materials are much more important in modern society. It is, therefore,not surprising that a sizable number of investigations have been concerned with the rubber materials.Considerable attention has been paid …