线性硬化材料中稳恒扩展裂纹尖端场的粘塑性解

采用弹粘塑性力学模型,对线性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型动态扩展裂纹尖端场的分区构造随各材料参数的变化规律．结果表明裂尖场构造由硬化系数所控制而与粘性系数基本无关．弱硬化材料的二次塑性区可以忽略,而较强硬化材料的二次塑性区和二次弹性区对裂尖场均有重要影响．当裂纹扩展速度趋于零时,动态解趋于相应的准静态解;当硬化系数为零时便退化为HR(Hui-Riedel)解．     

可压缩粘弹性材料Ⅱ型动态扩展裂纹尖端场

为了研究粘性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了可压缩粘弹性材料II型动态扩展裂纹的力学模型,推导了可压缩材料Ⅱ型动态扩展裂纹的本构方程.在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级r-1/(n-1).通过渐近分析求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近解,并采用打靶法求得了裂纹尖端应力、应变和位移的数值结果,给出了应力、应变和位移随各种参数的变化曲线.数值计算表明,弹性变形部分的可压缩性对Ⅱ型裂尖应力场影响甚微,而对应变场和位移场影响较大.裂尖场主要受材料的蠕变指数n和马赫数M的控制.当泊松比ν =0.5时,可以退化为不可压缩粘弹性材料Ⅱ型动态扩展裂纹.     

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.     

脆性损伤材料裂纹尖端的局部解

本文利用Mazars和Lemaitre提出的混凝土脆性损伤模型,求得了裂纹尖端应力、应变及损伤的局部解.对手Ⅲ型及不可压缩平面应变Ⅰ型裂纹,其尖端场的构造和理想塑性材料相类似.指出由于丧失了应力全连续条件,从而损伤边界不能由局部解定出.     

氢对体心立方金属裂纹尖端变形过程的影响

利用扫描电镜(SEM)原位拉伸,观察了 Fe-3％Si 单晶体裂尖的变形和断裂过程。用网格法加计算机处理系统测出了裂纹尖端的应变场及氢对应变分布的影响。发现在Ⅰ型载荷下,主裂纹尖端应变呈不对称分布,形变带内应变梯度很大。形变带内应变分布为: ε_(yy)=f(x)exp(-Ar).氢不改变裂纹尖端塑性变形特征,但能明显促进裂纹尖端局部塑性变形的非均匀增加。     

压剪载荷作用下界面裂纹尖端场的研究

建立了弹性-幂律蠕变双材料界面裂纹准静态扩展的力学模型，求得了裂纹尖端应力、应变和位移场分离变量形式的解及其数值结果；讨论了材料性能参数对裂纹尖端场的影响；计算和分析了界面裂纹的摩擦效应，并且得出了给定条件下裂尖场的轮廓图形．     

裂纹尖端弹塑性变形的实验测量与有限元计算

用显微网格数字图像处理方法，测量了Ｆｅ－Ｓｉ材料平面应力条件下Ⅰ型单边裂纹尖端附近的应变场，并且用弹塑性有限元程序进行了数值模拟。对实测结果和有限元计算模拟结果进行了对比分析。结果表明：逐级更新拉格朗日坐标体系下的弹塑性有限元计算在裂纹尖端不出现严重钝化和损伤的条件下，可以正确反映裂尖区域的弹塑性变形。在裂纹接近临界扩展时，有限元计算与实测结果之间有较大差别，其原因有待进一步研究。     

弹塑性断裂力学的一个重要进展

本文介绍了弹塑性断裂力学近年来的一个重要进展,即 J-Q 理论.这个理论采用双参数 J与 Q 来表征幂硬化材料中的裂纹,其中 J 表示 J 积分,表征裂纹尖端附近高应力或高应变区的尺度,Q表示应力的三轴度(或约束度),表征应力的幅度.J-Q 理论是现今弹塑性断裂力学单参数 J 理论的重要改进,在理论上与应用上均具有重要意义.     

高韧性管道动态断裂的气体减压模式和材料韧性研究

天然气管道上动态裂纹扩展包含气体、结构和断裂的相互作用．因此，分析射流场分布特性及其与管壁开裂变形的相互作用是数值模拟过程的关键问题．随着钢管韧性等级的迅速提升和气体压力的不断提高，原有的经验公式乃至算法多数不再适用，亟需通过理论、试验和数值模拟给出新的扩展与止裂判据，以控制裂纹在管道上扩展的速度和距离．本文通过一系列的韧性试验校正了现行的管材韧性判定办法，并对不同工况下的裂纹动态扩展以及超声速射流场进行了数值仿真，以建立一套工程适用的评价体系。     

POWER LAW NONLINEAR VISCOELASTIC CRACK-TIP FIELDS

The aim of this paper is to derive the power law type nonlinear viscoelastic crack-tip fields. For the requirement of later derivation, the HRR singular fields and the high-order asymptotic fields are first examined. That they are essentially the isotropic, incompressible, power law type nonlinear elastic crack-tip fields is illustrated. After a concise review of the elasticity recovery correspondence principle for solving the nonlinear viscoelastic problems, the correspondence principle for solving the crack problems of power law type nonlinear viscoelastic materials under the first type boundary condition is proposed. The solution of the crack-tip stress, strain fields for the power law type nonlinear viscoelastic materials, especially for the modified polypropylene, is obtained.