细观力学研究方法与实验技术

应用力学在工程应用中出现的事故导细观力学的兴起，本文阐述限细观力学的特点、研究方法和实验技术。对作者研究的电子光学散斑干涉法进行了简要的介绍。     

无网格法及其最新进展

无网格法具有许多独特的优点,因此有人认为无网格法将成为继有限元法之后新一代的数值方法. 到目前为止,已提出了不下十几种无网格法, 这些无网格法各有不同的优缺点.本文评述几种主要无网格法(着重应用于固体力学中的基于弱式的无网格法),将它们适当地分类, 论述典型的无网格形状函数的构造方法,介绍无网格法的发展现状, 评价已提出无网格法的优缺点,并比较典型无网格法的相同和不同点, 以及讨论无网格法发展所面临的问题等.最后就无网格法的发展趋势进行了展望.      

含裂纹试件的声镜实验研究

本文利用声学显微，获得金属材料含裂纹试件细观力学特征图像。通过对比分析，从定性到定量，证明声学显微技术以其自身的独到之处成为一种有效的实验手段，在细观力学的研究中可能具有广泛的应用前景。     

超细网格法的频域分析技术

本文把通讯理论中的"系统"的观点和数学上的傅立叶分析方法引入网格法的变形分析中,形成了一种全场自动处理的网格图像分析新方法,它具有直观性好和灵敏度可由网格栅线密度控制的特点,为观察细观的实验现象和测量微区域内的位移场和应变场提供了一种有效的实验手段.     

双频自动网格法研究

传统的自动网格法常采用均匀布点法，这对应变集中区域的变形测量极为不利。节点过多，检测精度会下降，节点少了，会降低应变集中区域的空间分辨率。本文提出了双频自动网格法，在应变集中区域增加节点。文中研究了双频网格点的制作技术及对双频网格图的自动处理与分析。并应用双频自动网格法测量了中心带孔铝试件在拉伸加载过程中的孔边位移场。     

无网格法的理论及应用

详细论述了近年来迅速发展的无网格法的理论基础及其在各个领域内的应 用. 无网格法网格依赖性弱, 避免了传统的有限元、边界元等基于网格的数值方法 中可能出现的网格畸变和扭曲, 在一些有限元、边界元等方法难以较好处理的领域体现 出独特的优势. 以加权余量法为主线归纳了已有的30多种无网格法, 各类 无网格法的主要区别在于使用了不同的加权余量法和近似函数. 详尽介绍 了各种无网格近似方案(包括移动最小二乘近似、核近似和重构核近似、单位分 解近似、径向基函数近似、点插值近似、自然邻接点插值近似等)和无网格法 中常用的各类加权余量法(伽辽金格式、配点格式、局部弱形式、加权最小二乘 格式和边界积分格式等), 并讨论了数值积分方法和边界条件的处理等问题. 在 此基础上较系统地总结了无网格法在冲击爆炸、裂纹传播、超大变形、结 构优化、流固耦合、生物力学和微纳米力学等领域的应用, 展示了无网格法相 对于传统数值方法的优势.      

自动检测da/dN的微机系统

研制了一种da/dN自动检测系统;介绍了其工作原理和裂纹长度a及循环数N的采集方法;与传统的目测法做了对比;显示了该系统的优越性。     

无网格法研究进展及其应用

从加权残量法的角度出发，系统地总结了现有各种无网格法的基本格式，阐明了无网格法的特点，论述了无网格法的研究进展，给出了无网格法在碰撞、动态裂纹扩展、金属加工成型、流体力学以及其它领域中的应用。     

细观力学实验技术综述

本文以应用较多的光测技术为主,综述了细观力学测量中光、声、磁、射线等试验技术.可望在细观研究中发挥重要作用的光学方法有全息干涉、激光或非相干光散斑法、云纹和云纹干涉法、格子法、各种显微镜技术、衍射法和射线技术.在各种方法中,图像处理系统和技术都将发挥很大的作用。     

含夹杂和微裂纹复合材料的损伤演化和分析

利用细观力学的Ｅｓｈｅｌｂｙ和Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ理论，考虑纤维和微裂纹之间的相互作用，研究了定向分布微裂纹的演化规律及其对材料力学性能的影响，分析了纤维体积份数，弹性系数、微裂纹密度，纤维不同取向与基体开裂强度之间的变化关系，并给出了许多有意义的结论。     

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。     

电磁热效应裂纹止裂研究的进展

利用电磁场的热效应对带有裂纹的载流导体进行裂纹止裂,是达到延长其工作寿命、提高安全性和可靠性的一种行之有效的方法．理论计算和试验观察都证明了：载流导体中裂纹尖端处的热集中效应,能够在附近的一个很小范围内熔化形成微小的焊口,裂纹前缘处的曲率半径瞬间增加了２～３个数量级,显著地减少了应力集中,阻止了干线裂纹源的形成,有效地遏制了裂纹的扩展。本文阐述了这一物理过程的研究现状、进展情况以及未来应用前景．     

THE NUMERICAL STUDY OF LATTICE BOLTZMANN METHOD BASED ON DIFFERENT GRID STRUCTURE

传统的格子波尔兹曼方法(lattice-Boltzmann method, LBM)通常基于标准均匀网格, 这主要取决于速度的空 间离散格式.均匀网格结构的特点, 使LBM在处理具有复杂边界的问题时遇到较大的困难, 从而限制了它的应用.另外, 对于较为复杂的流动, 其流场存在流动变化剧烈和平缓的区域, 在流动变化剧烈的区域, 往往需要足够的网格点才能更好地捕捉到流场信息, 而均匀网格会使得网格数量过多, 这会增加计算量, 但网格数量过少又无法获得必要的流场信息, 使LBM的计算效率降低.为了解决上述问题, 用不同的网格结构, 以顶盖驱动的腔体内流、柱体绕流和翼型绕流为例, 探讨了提高LBM算法的计算效率和适用性问题.     

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。     

用裂纹张开位移计算三点弯曲试样的动态应力强度因子

给出了一种由裂纹的动态张开位移计算三点弯曲试样的动态应力强度因子的简单方法。对于两种不同几何尺寸的试样,在三类不同载荷作用下给出了数植算例,并与完全的动态有限元方法的计算结果进行了比较。结果表明:两种方法的计算结果相当一致。最后,还给出了由测定三点弯曲试样的裂纹张开位移确定试样的动态应力强度因子,最终确定材料动态起裂韧性的方法。     

不同韧性金属扩展裂纹尖端Gao—Hwang奇异场的实验研究

用云纹法和光学空间滤波技术,测量了六种不同应变硬化指数(n)的铝和铜金属材料双边裂纹,单向拉伸试件的扩展裂纹尖端三维位移场.利用试验得到的位移场,分析了位移奇异性,并与G-H 理论解进行了比较.由试验的位移场数据确定了理论解中两个待定常数A 和ε_■,给出了Ⅰ型、平面应力、幂硬化材料,扩展裂纹尖端奇异场的比较形式.在理论与试验位移场相差±10%的误差范围内,确定了试验的G-H 奇异场主导区范围、形状,并对结果进行了分析.试验表明:扩展裂纹尖端存在[ln(A/r)]~■奇异主导区.在本试验应变硬化指数为n=3.5→14的六种材料范围内,这个主导区形状由蝶形发展到扁圆或圆形.G-H 奇异主导区的尺寸和形状与材料、试件几何尺寸、外载形式有关.在G-H 场内部存在着三维变形区,裂纹尖端断裂过程区在此三维变形区内.随着外载荷不断增加,裂尖三维变形区内将出现典型的韧性损伤现象:首先在晶界或二相夹杂处,出现孔洞,然后孔洞逐渐长大,汇合,导致宏观裂纹扩展.载荷比较低时,在G-H 场外边还将有弹性场存在,随着载荷增加,G-H 场也在向外扩大.     

复合型裂纹应力场的研究及其应力强度因子的全息光弹性测定

本文应用复变函数解法,等出复合型中心裂纹板弹性应力场的精确解及主应力和与主应力差的精确表达式。通过与各自的奇异表达式比较,得到了主应力和与主应力差的远近场关系图谱。利用这些图谱以及全息光弹性试验所获得的远场等和线与等差线条纹,就能确定裂纹尖端的应力强度因子 K_Ⅰ,K_Ⅱ。实例表明:本法概念清晰、演算简便、精度较高。     

THE METHOD OF WEIGHTED DIFFERENCE FOR SINGULAR PERTURBATION PROBLEM

In this paper, we introduce a new difference approximation to the first order derivative u′and give a class of uniformly convergent difference schemes.     

ON J-INTEGRALS IN THE PLANE FRACTURE OF COMPOSITE MATERIALS

By using a complex function method in this paper, the complex form of J-integral of mixed mode crack tip for unidirectional plate of linear-elastic orthotropic composites is obtained first by substituting crack tip stresses and displacements into general formula of Jintegral. And then, the path-independence of this J-integral is proved. Finally, the computing formula of this J-integral is derived. As special examples, the complex forms, path-independence and computing formulae of J-integrals of mode Ⅰ and mode Ⅱ crack tips for unidirectional plate of linear-elastic orthotropic composites are given.