正交各向异性功能梯度材料Ⅲ型裂纹尖端动态应力场

研究了无限大正交各向异性功能梯度材料Griffith裂纹受反平面剪切冲击作用的问题.材料两个方向的剪切模量假定为成比例按特定梯度变化.通过采用积分变换-对偶积分方程方法,获得了裂纹尖端动态应力场.动态应力强度因子计算结果显示:增加剪切模量梯度或增加垂直于裂纹面方向的剪切模量可以抑制动态应力强度因子的幅值.     

边裂纹柱扭转的强奇性积分方程解法*

本文利用单裂纹扭转的位错型解答,使用有限部积分的概念和方法,最后将含有单根水平裂纹的柱体扭转问题归为解一个强奇性积分方程,并为其建立了数值求解方法,文末作了若干数值例子的计算,结果令人满意.     

含曲线裂纹复合圆柱体的扭转断裂分析

研究含任意曲线裂纹的复合圆柱体的Saint-Venant扭转,将内外材料的交界面视为一边界,将问题划归为内、外边界和裂纹上的积分方程的求解.提出了新的边界元数值方法,分别对含有直线裂纹和曲折裂纹的典型问题进行了数值计算,并与文献中数据结果进行了比较,证明了该文方法的正确性和有效性.     

含曲线裂纹圆柱扭转问题的新边界元法

研究含曲线裂纹圆柱的Saint-Venant扭转,将问题化归为裂纹上边界积分方程的求解．利用裂纹尖端的奇异元和线性元插值模型,给出了扭转刚度和应力强度因子的边界元计算公式．对圆弧裂纹、曲折裂纹以及直线裂纹的典型问题进行了数值计算,并与用Gauss-Chebyshev求积法计算的直裂纹情形结果进行了比较,证明了方法的有效性和正确性．     

三维冲击载荷下半无限裂纹的动态应力强度因子

本文分析了无界弹性体中含一半无限裂纹,在裂纹面上受一对距离裂纹尖端为L的冲击集中载荷作用的三维应力强度因子历史,求得了Ⅰ型应力强度因子的精确解,求解方法基于积分变换法、Wiener-Hopf技术以及Cagniard-de Hoop变换的直接应用,由于问题包含一特征长度L,在以前被认为是难以解决的。本文还讨论了解的某些性质并给出了数值结果。     

条状功能梯度材料中偏心裂纹对反平面简谐波的散射问题

利用Schmidt方法研究了条状功能梯度材料中偏心裂纹对反平面简谐波的散射问题,裂纹垂直于条状功能梯度材料的边界．通过Fourier变换,问题可以转换为对一对未知变量是裂纹表面位移差的对偶积分方程求解．为了求解对偶积分方程,把裂纹表面的位移差展开为Jacobi多项式级数形式,进而得到了功能梯度参数、裂纹位置以及入射波频率对应力强度因子影响的规律．     

功能梯度材料有限宽板的反平面断裂问题研究

研究了功能梯度材料有限宽板中与板边平行的III型裂纹问题．假设材料的剪切模量沿板宽度方向呈指数规律变化,利用Fourier变换将问题描述为奇异积分方程,并进一步将未知的位错密度函数表示为Chebyshev多项式的级数式,从而将奇异积分方程化为线性代数方程组进行配点数值求解．基于数值结果,讨论了材料非均匀性参数、板和裂纹的几何参数等对应力强度因子（SIF）的影响．研究表明,SIF随裂纹长度的增大而增大,随裂纹所在区域材料刚度的增大而减小;板越窄,SIF对非均匀性参数的变化越敏感,且变化规律也越复杂．随着非均匀性参数的增大,SIF既可能增大也可能减小还可能基本保持不变,这主要取决于板的相对宽度和裂纹的相对位置．当裂纹位于板的中央或当板较宽时,SIF对非均匀性参数的变化都不太敏感．     

导电压头作用下的功能梯度压电涂层二维黏附接触问题研究

纳米压痕实验是研究材料的力学性能和表面形貌的重要手段,当接触区尺寸减小时,压头与试件接触表面间的黏附作用将无法忽视,因此,考虑黏附作用对压头作用下的接触问题具有重要的价值.功能梯度压电材料(FGPM)兼具梯度材料和压电材料的优点,用作涂层可有效地抑制接触损伤和破坏.该文将针对梯度压电材料在导电压头作用下的黏附接触问题开展研究,假设功能梯度压电涂层的材料参数按照指数形式变化,基于Maugis黏附模型,利用Fourier积分变换获得了功能梯度压电涂层在导电压头作用下的二维无摩擦黏附接触问题的控制奇异积分方程,并采用Erdogan-Gupta的数值方法求解,获得了黏附应力、梯度参数和压头所带电荷对力-电耦合响应的影响.研究结果为利用功能梯度压电材料涂层改善材料表面的接触行为提供了理论依据,同时可为压电结构及器件的设计提供帮助.     

功能梯度板中Griffith裂纹尖端应力场的三维解析研究

基于推广后的England-Spencer板理论,研究了横观各向同性功能梯度板中Griffith裂纹尖端的三维应力场.假定材料参数沿板厚方向可以任意连续变化,利用复变函数解法和保角变换技术分别给出了受无穷远处荷载作用和受均匀内压时裂纹尖端应力的三维解析解.当材料退化为各向同性均匀材料时,将该解答与经典二维解进行了比较,...     

垂直于双材料非完美界面Ⅱ型裂纹的断裂分析

研究了垂直于双材料非完美界面的Ⅱ型裂纹问题,采用线性弹簧模型模拟非完美界面．然后用Fourier积分变换方法把边值问题转化为求解具有Cauchy核的奇异积分方程,获得了裂纹两端应力强度因子的数值解．详细研究了问题的几种特例,并用数值实例分析了界面的非完美性对应力强度因子的影响．结果表明应力强度因子与界面参量有关并在完美界面和分离界面所对应的结果中变化．     

Influence of Initial Stresses on Stress Intensity Factors at Crack Tips in a Composite Strip

The influence of initial tension or compression along cracks on the stress intensity factor (SIF) at crack tips under the action of additional normal forces on crack edges is studied for infinite bodies. A strip made of a composite material is considered. The strip ends are simply supported, and the strip contains a crack whose edges are parallel to its face planes. The strip is first stretched or compressed along crack edges, and then additional uniformly distributed normal forces are applied to the crack edges. The influence of the initial tension (compression) on the SIF caused by the additional normal forces is studied. The corresponding boundary-value problems are modelled with the use of the three-dimensional linearized theory of elasticity. All the investigations are carried out numerically by employing the finite-element method. The values of SIF are calculated by the energy release method.     

有限高狭长压电体中半无限反平面裂纹分析

利用保角变换和复变函数方法,研究了裂纹面上受反平面剪应力和面内电载荷共同作用下的有限高狭长压电体中半无限裂纹的断裂问题,给出了电不可通边界条件下裂纹尖端场强度因子和机械应变能释放率的解析解．当狭长体高度趋于无限大时,可得到无限大压电体中半无限裂纹的解析解．若不考虑电场作用,所得解可退化为纯弹性材料的已知结果．此外,通过数值算例,分析了裂纹面上受载长度、狭长体高度以及机电载荷对机械应变能释放率的影响规律．     

点群6一维六方准晶狭长体中有限长Griffith裂纹的反平面问题

利用复变函数法,通过构造新的保角变换,研究了裂纹面受剪切作用下点群6一维六方准晶狭长体中有限长Griffith裂纹的断裂行为,得到了裂纹尖端处应力强度因子的解析解.当狭长体高度趋于无穷时,该解析解退化为无限大点群6一维六方准晶中有限长Griffith裂纹问题的解.     

动态裂纹积分变换法中的数学问题

引入势函数,形成运动微分方程,对运动微分方程和各种响应进行Laplace变换及Fourier正弦、余弦变换,最后求解由边界条件形成的对偶方程——这种研究动态裂纹的方法已经被广泛使用并成为比较系统的方法．以一种模型为例,对其推演过程进行了研究,最后发现:此方法在数学推演时,存在着不严密的问题,推演结果带有偶然性,不具可信性．     

含圆形孔口和水平直裂纹的平面问题的应力分析

利用复变函数方法和积分方程理论研究了既含有圆形孔口又含有水平裂纹的无限大平面的平面弹性问题,将复杂的解析函数的边值问题化成了求解只在裂纹上的奇异积分方程的问题.此外,还给出了裂纹尖端附近的应力场和应力强度因子的公式.     

用时域边界元法分析半圆表面裂纹的动态应力强度因子

发展了时域边界元法在分析三维裂纹的动态应力强度因子(DSIF)方面的应用,采用了等参单元及其奇性元很好地模拟了三维裂纹应力场奇异性,首次用时域边界元法位移方程计算了半圆表面裂纹的DSIF。提出并讨论了时间步长的选取方案。自编了时域边界元法动态分析程序,几个算例说明了时域边界元法在三维动态断裂问题中可以得到很好的精度。