理想塑性材料扩展裂纹的平面应变问题

本文从三维塑性流动理论出发,导出了理想塑性材料平面应变问题的基本方程.进而对扩展裂纹问题建立了完整的定解方程和速度场求解公式.已有的渐近方程只是预解方程和零级定解方程的组合.本文证实了已有的中心扇形区,虽然满足了渐近方程,但不能适应高阶渐近方程.     

弹性-粘塑性材料Ⅰ型动态扩展裂纹尖端场的渐近解

提出了一种新的弹性-粘塑性模型用于分析Ⅰ型动态扩展裂纹尖端的应力应变场.给出了适当的位移模式,推导了渐近方程并且给出了数值解.分析和计算表明:对于低粘性情况,裂纹尖端场具有对数奇异性;对于高粘性情况,渐近方程无解.分析比较表明该结果具有高玉臣提出的单参数解的所有优点,并且消除了粘性区随裂纹扩展而移动的不足.     

弹性—粘塑性材料I型动态扩展裂纹尖端场的渐近解

提出了一种新的弹性－粘塑性模型用于分析I型动态扩展裂纹尖端的应力应变场。给出了适当的位移模式，推导了渐近方程并且给出了数值解。分析和计算表明：对于低粘性情况，裂纹尖端场具有对数奇异性；对于高粘性情况，渐近方程无解。分析比较表明该结果具有高压臣提出的单参数解的所有优点，并且消除了粘性区随裂纹扩展而移动的不足。     

理想塑性晶体裂纹顶端渐近场

本文从晶体三维塑性流动理论出发,导出了双滑移理想塑性晶体平面应变问题曲基本方程。利用这些方程求得了静止裂纹顶端应力变形场。该场包含有弹性角形区并且整个应力变形场是连续的。进而导出了定常扩展裂纹顶端应力变形场。该场由五个角形区组成:裂纹前方有两个塑性区,它们的边界是速度场间断面。裂纹面附近有一个二次塑性区,中间是两个卸载弹性区,它们交界面也是个速度场间断面。该五个角形区不是唯一的。本文得到了一簇解答。最后本文分析了这些解答在面心立方和体心立方晶体中的应用。     

Ⅰ型动态扩展裂纹尖端的弹粘-理想塑性场

由于材料在扩展裂纹尖端的粘性效应的存在,考虑粘性效应并假设粘性系数与塑性等效应变率的幂次成反比,对理想塑性材料中平面应变扩展裂纹尖端场进行了弹粘塑性渐近分析,得到了不含间断的连续解,并讨论了Ⅰ型裂纹数值解的性质随各参数的变化规律．分析表明,应力和应变均具有幂奇异性,通过分析使尖端场的弹、粘、塑性可以合理匹配．对于Ⅰ型裂纹,裂尖场不含弹性卸载区．趋于极限情况时,裂纹尖端处于一种超粘性状态,并积聚了大量的能量,在各个受压应力状态下裂纹扩展．     

高速扩展平面应力裂纹尖端的理想塑性场

在裂纹尖端的理想塑性应力分量都只是θ的函数的条件下,利用Mises屈服条件、定常运动方程及弹塑性本构方程,我们导出了高速扩展平面应力裂纹尖端的理想塑性场的一般解析表达式.将这些一般解析表达式用于具体裂纹,我们就得到高速扩展平面应力Ⅰ型和Ⅱ型裂纹的尖端的理想塑性场.     

反平面剪切动态扩展裂纹尖端的弹-粘塑性场

采用Bingham弹性-粘塑性模型对反平面剪切动态扩展裂纹尖端的应力应变场进行了渐近分析．给出了适当的位移模式、推导了渐近方程并且给出了数值解．分析和计算表明对于低粘性情况,裂纹尖端场具有对数奇异性．对于高粘性情况,裂纹尖场具有幂奇异性A·D2对于临界情况,两种奇异性可以相互转换．揭示了粘性在裂纹尖端场研究中的重要作用．     

弹粘塑性材料中Ⅲ型动态扩展裂纹尖端场的构造研究

采用弹牯塑性力学模型,对弹粘塑性材料中Ⅲ型动态扩展裂纹尖端场进行了渐近分析.在线性硬化条件下,裂纹尖端的应力和应变场具有相同的幂奇异性,奇异性指数由材料的粘性系数唯一确定.数值计算结果表明,运动参量裂纹扩展速度本身对裂尖场的分区构造影响很小.材料的硬化系数主导裂尖场的分区构造,但二次塑性区对裂尖场的影响较小.材料的粘性主导裂纹尖端应力和应变场的强度.同时对裂尖场的构造有一定影响.当裂纹扩展速度为0时,动态解退化为相应的准静态解;当硬化系数为0时,线性硬化解还原为相应的理想塑性解.     

泊松比对高速扩展平面应变裂纹尖端的理想塑性场的影响

在理想弹塑性材料中,高速扩展裂纹尖端的应力分量都只是θ的函数.利用这个条件以及定常运动方程,塑性应力应变关系和含有泊松比的Mises屈服条件,本文导出了高速扩展平面应变裂纹尖端的理想塑性场的一般表达式.将这些含有泊松比的一般表达式用于Ⅰ型裂纹,我们就得到高速扩展平面应变Ⅰ型裂纹尖端的理想塑性场.这个理想塑性场含有泊松比,所以,我们能知道泊松比对高速扩展平面应变Ⅰ型裂纹尖端的理想塑性场的影响.     

可压缩弹塑性扩展裂纹尖端场问题的正确提法及其解

在Drugan等人所作的可压缩平面应变扩展裂纹尖端场的五区解中,中心扇形区与弹性卸载区之间的塑性区(Rice称为非奇异塑性区)中塑性流动法则被破坏了。本文在Rice的理论框架内,补充了在文献[6,7]中证明的“卸载边界定理”(见(14)式),给出了问题的正确提法,得到了裂纹尖端场的正确渐近解。     

Complete elastic–plastic stress asymptotic solutions near general plane V-notch tips

An efficient method is developed to determine the multiple term eigen-solutions of the elastic–plastic stress fields at the plane V-notch tip in power-law hardening materials. By introducing the asymptotic expansions of stress and displacement fields around the V-notch tip into the fundamental equations of elastic–plastic theory, the governing ordinary differential equations (ODEs) with the stress and displacement eigen-functions are established. Then the interpolating matrix method is employed to solve the resulting nonlinear and linear ODEs. Consequently, the first four and even more terms of the stress exponents and the associated eigen-solutions are obtained. The present method has the advantages of greater versatility and high accuracy, which is capable of dealing with the V-notches with arbitrary opening angle under plane strain and plane stress. In the present analysis, both the elastic and the plastic deformations are considered, thus the complete elastic and plastic stress asymptotic solutions are evaluated. Numerical examples are shown to demonstrate the accuracy and effectiveness of the present method.     

高速扩展平面应力裂纹尖端的理想塑性应力场

在裂纹尖端的理想塑性应力分量都只是θ的函数的条件下,利用Tresca屈服条件、定常运动方程及弹塑性本构方程,我们导出了高速扩展平面应力裂纹尖端的理想塑性应力场的一般解析表达式。将这些一般解析表达式用于具体裂纹,我们就得到高速扩展Ⅰ型和Ⅱ型平面应力裂纹尖端的理想塑性应力场的解析表达式。     

理想弹塑性Ⅲ型扩展裂纹的全新和精确分析

本文采用线场分析方法对理想弹塑性Ⅲ型准静态扩展裂纹进行了分析.本文的意义在于突破了小范围屈服理论的限制.通过求得裂纹线附近塑性区应力和位移率的通解,并将此通解(而不是过去一直采用的特解)与弹性场的精确解(而不是线弹性奇异K场)在裂纹线附近的弹塑性边界上匹配,本文得出了裂纹线附近塑性区的应力变形场、塑性区的长度及弹塑性边界的单位法向量的全新和精确解答.本文的分析放弃了小范屈服理论的所有近似假定并且不再附加任何其它的近似假定,本文的结果在裂纹线附近是足够精确的.本文的结果表明:对理想弹塑性Ⅲ型准静态扩展裂纹,不存在“定常扩展状态”,且裂纹线附近塑性应变不存在奇异性.本文还对裂纹稳定扩展过程讨论了两种重要情形.     

受弯正交异性复合材料板的裂纹尖端场

本文对受对称弯曲载荷作用的线弹性正交异性复合材料板的裂纹尖端场进行了有关的力学分析。采用复变函数方法推出了裂纹尖端附近的弯矩、扭矩、应力、应变和位移的计算公式。     

Evaluation of the stress singularities of plane V-notches in bonded dissimilar materials

According to the linear theory of elasticity, there exists a combination of different orders of stress singularity at a V-notch tip of bonded dissimilar materials. The singularity reflects a strong stress concentration near the sharp V-notches. In this paper, a new way is proposed in order to determine the orders of singularity for two-dimensional V-notch problems. Firstly, on the basis of an asymptotic stress field in terms of radial coordinates at the V-notch tip, the governing equations of the elastic theory are transformed into an eigenvalue problem of ordinary differential equations (ODEs) with respect to the circumferential coordinate θ around the notch tip. Then the interpolating matrix method established by the first author is further developed to solve the general eigenvalue problem. Hence, the singularity orders of the V-notch problem are determined through solving the corresponding ODEs by means of the interpolating matrix method. Meanwhile, the associated eigenvectors of the displacement and stress fields near the V-notches are also obtained. These functions are essential in calculating the amplitude of the stress field described as generalized stress intensity factors of the V-notches. The present method is also available to deal with the plane V-notch problems in bonded orthotropic multi-material. Finally, numerical examples are presented to illustrate the accuracy and the effectiveness of the method.     

弹性-应变软化粘塑性材料反平面剪切动态扩展裂纹尖端的渐近解*

本文首先给出了一种用于描述材料软化,并存在有粘塑性的材料模型.用这种模型对反平面剪切型动态扩展状态下,裂纹尖端的弹粘塑性场进行了渐近分析,给出了弹性－应变软化粘塑性材料反平面剪切动态扩展裂纹尖端的渐近解方程.分析结果表明,在裂纹尖端应变具有(ln(R/r))1/(n＋1)的奇异性,应力具有(ln(R/r))-n/(n＋1)的奇异性.从而本文揭示了应变软化粘塑性材料反平面剪切动态扩展裂纹尖端的渐近行为.     

反平面塑性V形切口尖端应力和位移渐近解

提出了一种确定幂硬化材料反平面V形切口尖端应力和位移渐近解的主导项和高阶项的有效方法。首先通过在弹塑性理论基本方程中引入V形切口尖端应力场和位移场的渐近级数展开,建立以应力和位移为特征函数的非线性和线性常微分方程组。然后采用插值矩阵法求解常微分方程组,可得到多阶应力特征指数和其相对应的特征函数。该方法具有通用性强、精度高等优点,可处理任意开口角度和应变硬化指数的V形切口。典型算例验证了该方法的准确性和有效性。     

求解双材料裂纹结构全域应力场的扩展边界元法

在线弹性理论中,复合材料裂纹尖端具有多重应力奇异性,常规数值方法不易求解.该文建立的扩展边界元法(XBEM)对围绕尖端区域位移函数采用自尖端径向距离r的渐近级数展开式表达,其幅值系数作为基本未知量,而尖端外部区域采用常规边界元法离散方程.两方程联立求解可获得裂纹结构完整的位移和应力场.对两相材料裂纹结构尖端的两个材料域分别采用合理的应力特征对,然后对其进行计算,通过计算结果的对比分析,表明了扩展边界元法求解两相材料裂纹结构全域应力场的准确性和有效性.     

FEM solutions for plane stress mode-I and mode-II cracks in strain gradient plasticity

The strain gradient plasticity theory is used to investigate the crack-tip field in a power law hardening material. Numerical solutions are presented for plane-stress mode I and mode II cracks under small scale yielding conditions. A comparison is made with the existing asymptotic fields. It is found that the size of the dominance zone for the near-tip asymptotic field, recently obtained by Chen et al., is on the order 5% of the intrinsic material lengthI. Remote from the dominance zone, the computed stress field tends to be the classical HRR field. Within the plastic zone only force-stress dominated solution is found for either mode I or mode II crack.