反平面动态扩展裂纹问题的研究

应用复变函数论，对反平面动态扩展裂纹问题进行了研究。通过自相似函数的方法可以获得若干问题的解析解。应用该法可以迅速地将所论问题转化为Riemann-Hilbert问题，并可以相当简单地得到问题的闭合解。通过叠加原理利用这些解，就可以求得任意复杂问题的解。     

非对称Ⅲ型界面裂纹扩展的动态问题

通过复变函数论的方法,对非对称Ⅲ型界面裂纹扩展的动态问题进行了研究.采用自相似函数的方法可以轻易地将所论问题转化为Riemann-Hilbert问题,并求得了裂纹坐标原点分别受到变载荷Pt/z,Px3/t2作用下的解析解的一般表达式.通过Muskhelishvili方法可以相当简单地得到问题的闭合解.利用这些解并采用叠加原理.可以求得任意复杂问题的解.     

非对称III型界面裂纹扩展的动态问题

通过复变函数论的方法,对非对称Ⅲ型界面裂纹扩展的动态问题进行了研究.采用自相似函数的方法可以轻易地将所论问题转化为Riemann-Hilbert问题,并求得了裂纹坐标原点分别受到变载荷$Pt/ x$, $Px^3 /t^2$作用下的解析解的一般表达式.通过Muskhelishvili方法可以相当简单地得到问题的闭合解. 利用这些解并采用叠加原理,可以求得任意复杂问题的解.      

圆形界面裂纹反平面问题的基本奇异解

本文研究反平面集中力作用下,不同弹性材料的圆形界面上有多条裂纹的问题。运用复变函数的解析延拓技术与奇性主部分析方法,首次获得该问题的一般解答,求出了几种典型情况的封闭解;算出了应力强度因子,并由此导出一系列特殊结果,其中几个与已有文献完全吻合。     

多簇压裂干扰应力变化规律及对裂纹扩展的影响

为研究水平井分段多簇压裂缝间的干扰应力及其对裂纹扩展的影响,在现有二维未考虑地应力的单裂缝干扰应力解析解的基础上,利用双平面复变函数保角变换得到了包含地应力项的三维干扰应力解析解。基于扩展有限元法建立三维多裂缝扩展力学模型,利用Python脚本二次开发平台实现了三维多裂缝水力压裂参数化建模,通过解析解与数值计算对比分析,得到如下结论。裂纹两侧裂纹面法向和走向干扰正应力分别为压应力和拉应力,均呈纺锤形,法向干扰应力影响范围大约为走向干扰应力的5倍;裂纹尖端裂纹面法向和走向干扰正应力分别为拉应力和压应力;裂纹尖端两侧存在干扰剪应力;考虑初始地应力对干扰应力解析解进行修正后的干扰应力值均变小;多簇压裂中裂缝间的干扰应力叠加,簇间距越小,叠加效果越强;多簇压裂的干扰应力使裂缝间裂纹面法向压应力增大,走向压应力减小,导致裂纹扩展注水压力升高,裂缝张开的宽度降低,不利于单裂缝的扩展;干扰应力使裂缝间应力差降低,甚至局部最小地应力方向发生改变,有利于形成复杂缝网。     

不同材料界面共圆弧裂纹的反平面问题

本文首次将不同弹性材料界面共圆弧裂纹版平面问题,化为解析函数边值问题,获得了一般解答,由此求出了几种典型情况的精确解,算出了应力强度因子。当两种材料相同时,本文结果与文[S]完全吻合。     

正交异性复合材料界面上反平面动态自相似扩展裂纹问题的解

采用复变函数论的方法，对复合材料界面上的裂纹扩展问题进行研究。并根据任意的自相似指数的断裂动力学问题，进行自相似求解，导出解析解的一般表示。应用该法可以迅速地将所论问题转化为Riemann-Hil-bert问题，并可以相当简单地得到问题的闭合解。文中分别对裂纹中心受阶跃载荷，裂纹面受到瞬时脉冲载荷作用下的界面裂纹扩展问题进行求解。得到了裂纹的位移。尖端的应力和动态应力强度因子的解析解。应用该解并通过叠加原理。就可以很容易的求得任意复杂问题的解。     

圆形域多圆孔多裂纹反平面问题研究

本文运用复变函数及积分方程方法，求解了圆形域多圆孔多裂纹反平面问题，建立了两种类型的基本解。复叠加原理和所得的基本解并沿国圆孔和裂纹表面取待定的基本解密度函数，可得到一组以基本解密度函数为未知函数的Ｆｒｅｄｈｏｌｍ积分方程。通过该积分方程组的数值可以得到密度函数的离散值，进而得到了裂纹尖端的应力强度因子。     

含圆孤裂纹系的压电材料反平面应变问题

应用复变函数解析延展原理，并通过求解Ｒｉｅｍａｎｎ－Ｈｉｌｂｅｒｔ问题，得到了含圆弧裂纹压电材料反平面应变问题的一般解，对单个圆弧裂纹的情形，给出了封闭形式的复函数解和场强度因子，结果表明，当无限远处或裂纹表面同时受机械载荷（应力τ＾∞或Ｔｚ）和电载荷（电位移Ｄ＾∞或电荷ｑ）联合作用时，应力强度因子仅与机械载荷有关，而电位移动强度因子仅与电载荷有关。     

压电介质平面问题的基本解

应用复变函数的方法,对于压电介质平面问题,分析导出了无限介质或半无限介质受任意 集中载荷作用时的复势函数基本解;这些结果可作为边界元法的基本解,以求解具有复杂边界压电体的平面问题。     

Dynamic propagation problems concerning surfaces of asymmetrical mode III crack subjected to moving loads

With the theory of complex functions, dynamic propagation problems concerning surfaces of asymmetrical mode III crack subjected to moving loads are investigated. General representations of analytical solutions are obtained with self-similar functions. The problems can be easily converted into Riemann-Hilbert problems using this technique. Analytical solutions to stress, displacement and dynamic stress intensity factor under constant and unit-step moving loads on the surfaces of asymmetrical extension crack, respectively, are obtained. By applying these solutions, together with the superposition principle, solutions of discretionarily intricate problems can be found. Project supported by the Post-Doctoral Science Foundation of China (No. 2005038199) and the Natural Science Foundation of Heilongjiang Province of China (No. ZJG04-08)     

矩形压电体中反平面裂纹的电弹性场

基于线性压电理论,本文获得了含有中心反平面裂纹的矩形压电体中的奇异应力和电场。利用Fourier积分变换和Fourier正弦级数将电绝缘型裂纹问题化为对偶积分方程,并进一步归结为易于求解的第二类Fred-holm积分方程。获得了裂纹尖端应力、应变、电位移和电场的解析解,求得了裂纹尖端场的强度因子及能量释放率。分析了压电矩形体的几何尺寸对它们的影响。结果表明,对于电绝缘型裂纹,裂纹尖端附近的各个场变量都具有-1/2阶的奇异性,能量释放率与电荷载的方向及大小有关,并且有可能为负值。     

应用修正的虚裂纹模型研究混凝土结构的三维裂缝扩展

本文在虚裂纹模型中引入初裂强度因子的概念以研究混凝土结构的三维裂缝扩展。虚裂纹的扩展由裂纹尖端的初裂强度因子和虚裂纹所传递的软化应力共同控制。将软化应力分析曲线分段线性化进行模拟,这使问题得到很大程度的简化,同时又保证了解的必要精度。对所建立的有限元基本方程组建议了一次性的求解方法,可以不进行迭代,这既保持了解的稳定,又减轻了计算工作量。     

基于反向传播神经网络的疲劳裂纹扩展分析

材料发生疲劳断裂时往往会引起重大安全事故,而基于传统数值模拟方法求解疲劳裂纹扩展问题时模型复杂、计算量大.本文基于包含多隐层的反向传播神经网络分析金属材料疲劳裂纹扩展行为,计算了裂纹扩展过程中的von Mises应力场和位移场,并与数值解和实验解进行对比,误差分析结果表明其求解精度高.并基于该神经网络有效预测了裂纹扩展中裂纹长度及裂纹扩展速率的变化过程,预测精度高.该神经网络分析方法可为材料剩余寿命和疲劳强度预测提供研究基础.     

脆性PMMA带板中的动态裂纹传播实验

设计了一种研究裂纹在脆性带板(Strip)中传播行为的实验装置。将矩形无预制裂纹的脆性有机玻璃(PMMA)试件上下边固支,在万能试验机上施加拉伸载荷直到给定幅值,然后在试件侧边中央部位开启一个尖锐裂纹。由于预加的拉伸载荷作用,新开启的裂纹将沿试件中部快速传播,导致整个平板试件断裂。采用印刷在试件表面的导电断裂丝记录裂纹的动态传播历史。设计了一种逻辑电路,可将多达128路电阻丝的断裂信号转换为1路输出信号,使用高速波形记录仪测量该信号,得到裂纹传播距离与时间关系。对不同形状的试件施加不同幅度的预加载荷,完成断裂实验,确定了裂纹的稳定传播速度。通过大量实验,获得了材料中稳定裂纹速度v0与动态裂纹传播能Gc之间的关系。测试结果表明:PMMA的传播能Gc是传播速度v0的递增函数;当裂纹平均的稳定速度超过某一临界值时,出现明显的速度振荡。     

Dynamic propagation problems concerning surfaces of asymmetrical mode Ⅲ crack subjected to moving loads

With the theory of complex functions, dynamic propagation problems concerning surfaces of asymmetrical mode Ⅲ crack subjected to moving loads are investigated. General representations of analytical solutions are obtained with self-similar functions. The problems can be easily converted into Riemann-Hilbert problems using this technique. Analytical solutions to stress, displacement and dynamic stress intensity factor under constant and unit-step moving loads on the surfaces of asymmetrical extension crack, respectively, are obtained. By applying these solutions, together with the superposition principle, solutions of discretionarily intricate problems can be found.     

裂纹扩展量的检测技术

本文介绍能直接测量裂纹扩展量的涡流探头自动跟踪裂纹法及裂纹扩展计法。它们的共同特点是标定曲线与试件材料无关,并具有通用性。实践表明这些方法是有效和可靠的,且精度较高,也容易实现数据采集与处理自动化。