一类不可压缩材料平面应力问题的裂纹尖端场

本文采用完全非线性弹性理论,研究了一类不可压缩橡皮类材料[1]在Ⅰ型荷载作用下的平面应力问题.指出裂尖变形由两个收缩区和一个扩张区三部分组成.裂纹尖端应力、应变分别具有R-1、R-1/n的奇异性,当趋近裂尖时,厚度以R1/4n的方式趋于零,n为材料常数.     

Ⅱ型平面应力裂纹线场的弹塑性精确解

本文采用线场分析方法对理想弹塑性Ⅱ型平面应力裂纹裂纹线附近的应力场及弹塑性边界进行了精确分析。本文完全放弃了小范围屈服条件,探讨了弹塑性边界上弹塑性应力场匹配条件的正确提法,通过将裂纹线附近塑性区应力场的通解(而不是过去采用的特解)与弹性应力场的精确解(而不是通常的裂尖应力强度因子K场)在裂纹线附近的弹塑性边界上匹配,本文得出了塑性区应力场,塑性区长度及弹塑性边界的单位法向量在裂纹线附近的足够精确的表达式。     

应变梯度塑性Ⅰ,Ⅱ型平面应力裂纹的有限元解

将塑性应变梯度理论应用于幂硬化材料的裂纹尖端场,得出在小范围屈服条件下平面应力Ⅰ型和Ⅱ型裂纹的数值解.与现有的渐近解比较发现,Chen等人的文中裂尖附近渐近解的有效范围是0.05l量级(l为材料特征长度),远离此有效范围,有限元计算出Ⅰ型和Ⅱ型问题的应力场都趋向于经典的HRR解.在塑性区内,有限元计算只得到了应力占优的结果.     

双材料界面裂纹平面问题的半权函数法

应用半权函数法求解双材料界面裂纹的平面问题．由平衡方程、应力应变关系、界面的连续条件以及裂纹面零应力条件推导出裂尖的位移和应力场,其特征值为lambda及其共轭．设置特征值为lambda的虚拟位移和应力场,即界面裂纹的半权函数A·D2由功的互等定理得到应力强度因子KⅠ和KⅡ以半权函数与绕裂尖围道上参考位移和应力积分关系的表达式．数值算例体现了半权函数法精度可靠、计算简便的特点．     

裂纹群应力强度因子分析的广义参数有限元法

利用广义参数有限元法直接求解了裂纹群裂尖应力强度因子.首先根据改进的Williams级数建立典型裂尖奇异区Williams单元,然后通过分块集成形成求解域整体刚度方程,进一步利用Williams级数的待定系数直接确定各裂尖应力强度因子,最后通过算例分析研究了裂纹间距、裂纹与X轴夹角等参数对计算结果的影响.结果表明,该文方法能够有效克服断裂分析的传统有限元法的缺陷,具有更高的计算精度和效率.而且对于含有多条等长共线水平裂纹的无限大板,当相邻裂纹间距与裂纹半长之比大于9时,可忽略裂纹之间的相互影响,按照单裂纹进行计算;对于沿Y轴对称分布的偶数条等长斜裂纹的无限大板,随着裂纹与X轴夹角的增大,KⅠ逐渐减小,KⅡ先增大后减小.     

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.     

高速扩展裂纹尖端的理想弹塑性场

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、应力应变关系与屈服条件,我们得到反平面应变和平面应变两者的一般解.将这两个一般解分别用于扩展Ⅲ型裂纹和Ⅰ型裂纹,我们就求出了Ⅲ型裂纹和Ⅰ型裂纹的高速扩展尖端的理想弹塑性场和理想塑性场.     

平面应变和反平面应变复合型裂纹尖端的各向异性塑性应力场

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,利用平衡方程,各向异性塑性应力应变率关系、相容方程和Hill各向异性屈服条件,本文导出了平面应变和反平面应变复合型裂纹尖端的各向异性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复合型裂纹,我们就可以得到Ⅰ-Ⅲ、Ⅱ-Ⅲ及Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型裂纹尖端的各向异性塑性应力场的解析表达式.     

正交异性理想塑性材料平面应力问题的裂纹尖端应力场

本文在裂纹尖端场的应力分量仅仅是θ的函数的假设下,利用Hill屈服准则和平衡方程导出了正交异性理想塑性材料平面应力问题中裂纹尖端场的微分方程;在允许应力不连续线存在的情况下,把解析表达和数值计算法结合起来,得到了Ⅰ型和Ⅱ型裂纹尖端的应力场.     

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.     

静止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的函数的假设下,利用平衡方程和屈服条件,本文导出了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Ⅰ型,Ⅱ型,Ⅲ型及Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹尖端的理想塑性应力场.     

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.     

Ⅰ型裂纹试件裂端三维应力结构分析之一——裂端约束参数与断裂参数分析

本文利用大型通用结构有限元分析程序ADINA对16Mn材料制的两种不同厚度的Ⅰ型CT试样进行了计算与分析,结果表明,厚度方向的约束状态将试样分成两部分:具有相同约束状态的心部高约束区(Z₁)和约束显著变化的外边缘区(Z₂);有限元计算和实验测定结果证实了这两部分分别与试样断口上的纤维区及剪切唇相对应.所以,Ⅰ型裂纹试件裂端应力、应变场可分别通过这两个区域加以分析获得.本文对一些断裂参数如裂纹尖端张开位移(CTOD)和空穴扩张比(V_g)参数也进行了考察,结果表明这两个参数在厚度方向有相类似的变化规律,在一定程度上都可反映试样的厚度效应及外载荷水平效应.     

Application of configurational forces in the context of a kinked crack

The application of the configurational force approach in crack problems is often used in order to establish fracture criteria that are adapted to a specific material behaviour. The tangential component of the calculated vectorial quantity that acts at the crack tip is a generalisation of the conventional J-integral and can be interpreted as the energy release rate when the crack extends in this direction. However, the interpretation of nontangential components in the same way, and hence the interpretation of this vectorial quantity as the crack driving force, is not consistent with established kink criteria in the special case of linear elastic fracture mechanics. As a classical example, an in-plane loaded crack in a homogeneous isotropic linear elastic material is considered under the small strain assumption. Using the expansion of stress intensity factors at the extended crack tip, nontangential components of the configurational force can be interpreted as sensitivities to crack deflection. This perspective has the potential of generalisation which can be applied to more complex situations in order to study the interplay between mechanical fields in the vicinity of the crack tip and the microstructural influence within the process zone. (© 2006 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

泊松比对静止平面应变裂纹尖端的理想塑性应力场的影响

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,利用平衡方程和含有泊松比的Mises屈服条件,本文导出了静止平面应变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,我们就可以得到静止平面应变Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹尖端的理想塑性应力场的解析表达式,这些表达式含有泊松比.     

The fracture of brittle and ductile crystals. Force and deformation criteria

The growth and branching of sharp cracks in ideal single crystals are investigated. Neuber-Novozhilov force and deformation criteria are proposed for the branching of sharp cracks; these criteria describe the brittle, quasibrittle, quasiductile and ductile behaviour of materials on fracture. For internal cracks, simple relations are obtained that describe the branching of cracks when the Coulomb-Mohr single-crystal theoretical strength curves are known for a generalized stress state. The possibility of multiple branching of cracks is found, which is linked to the multiplicity of the eigenvalues on loss of stability of the system. It is established that, for ideal single crystals, the principle of local symmetry is satisfied in the vicinity of the crack tip if the axis of symmetry of the crystal coincides with the axis of the crack. When there are asymmetrical disturbances of the atomic lattice in the vicinity of the crack tip, or when the axis of symmetry of the single crystal does not coincide with the crack axis, the principle of local symmetry is not satisfied.     

含有直线状裂纹正交异性板的平面问题的应力函数

本文的解析对象为含有一与主轴呈任意角度直线状裂纹的无限大正交异性板的平面问题.采用加权积分法导出了能够表现裂纹尖端附近有限应力集中特征的应力函数.这样的计算模型消除了裂纹尖端的奇异性,可以比较真实地反映非金属材料微裂区的力学行为.     

双I—型裂纹断裂动力学问题的非局部理论解

研究了非局部理论双中I－型裂纹弹性波散射的力学问题,并利用富里叶变换使本问题的求解转换为三重积分方程的求解,进而采用新方法和利用一维非局部积分核代替二维非局部积分核来确定裂纹尖端的应力状态,这种方法就是Schmidt方法,所得结是比艾林根研究断裂静力学问题的结果准确和更加合理,克服了艾林根研究断裂静力学问题时遇到的数学困难,与经典弹性解相比,裂纹尖端不再出现物理意义下不合理的应力奇异性,并能够解释宏观裂纹与微观裂纹的力学问题。     

采用新方法研究非局部理论中Ⅰ-型裂纹的断裂问题

采用新的方法研究非局部理论中Ⅰ_型裂纹的断裂问题,进而确定裂纹尖端的应力状态,这种方法就是Schmidt方法·　所得结果比艾林根研究同样问题的结果准确和更加合理,克服了艾林根研究同样问题时遇到的数学困难·　与经典弹性解相比,裂纹尖端不再出现物理意义上不合理的应力奇异性,并能够解释宏观裂纹与微观裂纹的力学问题·     

半无穷大裂纹端部粘聚力分析

准脆性材料裂纹端部断裂过程区粘聚力是导致非线性断裂特性的重要原因,根据准脆性材料的断裂特性,对存在粘聚力分布的半无穷大裂纹力学分析模型,由变形叠加原理得到以该粘聚应力分布为未知函数的积分方程,通过对积分方程的分析推证,得到了该分布函数解的数学结构和级数型表达式;提出了由实际裂纹张开位移,确定裂纹端部粘聚力分布函数的两种方法:其一由连续的裂纹张开位移通过积分变换求解未知函数级数展开项的系数,其二是由离散的裂纹张开位移数据通过最小二乘法确定该函数;推导出了相应方法求解未知量的代数方程,并且给出了适当的算例和讨论。