表面裂纹疲劳扩展的数值模拟

建立了一种无形状约束的模拟表面裂纹在线弹性断裂力学条件下疲劳扩展的数值方法,并研究了表面疲劳裂纹形状演化和裂纹尖端应力强度因子(SIF)的分布特征。该方法以三维有限单元技术和Paris疲劳裂纹扩展规律为基础,并在裂纹扩展增量计算中考虑了裂纹闭合影响。本文第一部分主要介绍模拟三维疲劳裂纹扩展的数值方法的理论背景和相关的技术细节。着重分析和讨论基于三维有限单元法计算裂纹SIF所涉及的几个主要问题:裂纹尖端单元网格密度对估算精度的影响;自由表面的影响及其修正方法;裂纹尖端非正交单元网格的影响及修正方法。     

用面力边界积分方程求解断裂力学J积分

证明面力边界积分方程被积函数的散度等于零，应用Stokes公式，对平面线弹性问题，将面力边界积分的求解转化为边界点的位移势函数的点值计算。应用边界积分方程的求解结果，推导出J积分亦可表示为边界点的积分势函数的点值计算，无需进行数值积分，实例计算说明该方法的有效性。     

脆性材料在双向应力下的断裂实验与理论分析

研究了脆性材料在双向应力下的断裂特性和失效机理，特别是在平行于裂纹的应力对临界断裂参数的影响方面进行了实验上和理论上的研究．采用玻璃、陶瓷等脆性材料进行了平面双向拉伸和单向拉伸试验，并对实验结果进行比较．观测直通裂纹的启裂和扩展过程，证明了双向应力对裂纹驱动力有明显影响，讨论了裂纹扩展的应变准则．     

材料断裂力学性能的多场耦合测试与实验教学探讨

金属材料的断裂测试实验是全面了解材料力学性能的重要一环，目前实验教学中广泛采用的方法是通过测定断裂后试样断口的特征裂纹长度来获得断裂韧度，但缺乏对裂纹演化全过程的直接观测，限制了学生对断裂指标判据、破坏形式和断裂机理的深入理解。为了使学生更加直观、全面地掌握断裂力学实验、理解断裂力学行为，本文提出一种多场耦合同步测试材料断裂行为的教学模式：通过高频高精度红外与高速显微数字图像相关技术，对裂尖温度场与应变场进行实时检测，从而实现对裂纹长度的同步测定、裂尖塑性区的可视化表征以及断裂特征的捕捉和分析；结合经典断裂力学理论，对不同条件的断裂韧度教学实验进行了探索和改进。初步教学实践表明，该课程丰富的实验内容和新颖的观测现象可以加深学生对断裂力学理论的理解，从而拓展学生解决实际科学问题的思路。     

压电介质损伤、断裂力学研究的现状

压电介质的损伤与断裂力学是现代固体力学的重要课题．本文简要地综述了压电介质损伤与断裂力学研究的现状,集中讨论了：（１）裂纹面电边界条件的不同模型及其求解的结果;（２）宏观连续力学与细观力学用于压电介质的损伤与断裂的静力学分析;（３）压电介质动态断裂分析的某些新结果．文末,指出了今后在压电介质损伤与断裂研究的某些有吸引力的研究方向     

半无限平面裂纹构型横向应力的Green函数

针对各向同性弹性无限大板中半无限裂纹,用解析函数方法求解了裂尖处横向应力的Green函数.加载情况为一任意集中力作用于任意一内点处.用叠加法求解了复势,它给出该平面问题的弹性解.通过渐近分析抽取复势的非奇异部分.基于该非奇异部分,用一种直接方法求解了横向应力的Green函数.进一步,用叠加法得到了一对对称和反对称集中力加载时的Green函数.然后,用得到的Green函数来预测铁电材料双悬臂梁试验中畴变引起的横向应力.用力电联合加载引起的横向应力来判断试验中所观察到的稳定和不稳定裂纹扩展行为.预测结果和试验数据基本吻合.     

混凝土空心板动力损伤诊断研究

利用4块预应力混凝土空心板的动力测试数据,对板的支承条件和损伤参数进行了识别。识别板的支承条件时,引入弹性支座－质量体系,利用实测的前四阶固有频率作为已知信息,直接采用牛顿法求解,根据板的损伤特征,以线弹性断裂力学为基础,推导了混凝土构件裂缝截面转动刚度表达式。然后利用特征值灵敏度分析和实测的固有频率变化率对单条裂缝的位置及裂缝程度进行了识别。     

汽车减振器连杆磨损失效和断裂力学分析

采用扫描电子显微镜观察连杆磨损表面形貌,并结合断裂力学方法研究了减振器连杆的磨损机理。研究结果表明：导向器衬套中的玻璃纤维在服役过程中崩出,作为磨粒存在于连杆和村套摩擦副接触表面之间,可压碎铬铰层使裂纹扩展,并且断裂的铬镀层也可成为磨粒;连杆铬铰层存在裂纹缺陷加剧其磨损,连杆磨损机理是以断裂机翩为主导的磨粒磨损机制,裂纹扩展是磨损的控制因素,并且以Ⅰ型断裂为主导;摩擦力是裂纹扩展的主要驱动力。     

关于界面下裂纹对界面裂纹的屏蔽参数

讨论了界面下裂纹对界面裂干涉的合理屏蔽参数问题。对于一条在远场载荷作用下、受到附近界面下裂纹干涉的界面裂纹,采用伪力法计算不同长度单位时界面裂纹的G／G0、k1/k10和k11/k110以及K1／K10和K11／K110（G是能量释放率、k1 ik110是通常定义的应力强度因子、K10＋iK110是含标定长度的应力强度因子;G0、k10 ik110、K10＋iK110对应单一界面裂纹情况）。结果表明,G／G0、K1／K10和K11／K110是较为合理的描述界面下裂纹对界面裂纹屏蔽的参数。     

力电耦合扩展无网格伽辽金法在压电柔性臂断裂分析中的研究

为提高含裂纹压电柔性臂在断裂分析中的求解精度,基于压电材料断裂力学理论,建立了压电柔性臂的力学分析模型。将描述裂纹尖端奇异性的位移场函数和电场函数引入到传统无网格伽辽金法中,提出了力电耦合扩展无网格伽辽金法。与传统无网格伽辽金法相比,本方法只需要较小的影响域来描述裂尖奇异场,并且节点影响域不会被裂纹线影响,不要可视准则和衍射准则,提高了计算精度。由虚拟裂纹闭合法推导了压电材料能量释放率,讨论了不同高斯点密度对强计算结果的影响。与解析解、有限元法的计算结果进行了比较,在高斯点个数为6×6时,扩展无网格伽辽金法的计算误差为1.88%,明显好于有限元的计算误差2.5%。数值算例结果表明本方法具有较高的计算精度。