一维六方准晶压电材料含运动螺型位错弹性问题分析

借助复变函数方法,研究了点群6mm 一维六方准晶压电材料中运动螺型位错,得到位错芯附近的应力、位移、能量的解析表达式.分析发现,在靠近运动螺型位错芯处,声子场和相位子场应力的分量表现出(x2+y2)-1的奇异性.当不考虑相位子场的影响时,文中得到的结果可以退化为含运动螺型位错的压电材料中的结果;当不考虑电场的影响时,退...     

一维六方准晶压电材料中多缺陷的相互作用

基于准晶压电材料的基本方程,利用解析函数理论和复变方法,研究了一维六方准晶压电材料中多缺陷的相互作用问题,建立了多条平行位错以及它们与半无限裂纹相互作用的断裂力学模型,给出了一维六方准晶压电材料中n条平行位错相互作用的Peach Koehler公式和n条平行位错的等效作用点,得到了n条平行位错与半无限裂纹相互作用下电弹性场的解析解,数值算例给出了位错位置对裂纹面上应力的影响和位错Burgers矢量的大小对裂纹面上应力的影响,为讨论裂纹尖端的位错发射、位错屏蔽和裂纹钝化奠定了理论基础.这些结果均为本文首次给出,丰富和发展了经典弹性理论中的相应结果.     

点群6mm一维六方准晶压电材料中含螺型位错的电弹性场分析

根据点群6mm一维六方准晶压电材料反平面问题的一般方程,得到其含螺型位错时应力场和电场的解析解。利用复变函数的方法,得出材料中裂纹与螺型位错在相互作用时的应力场解析表达式,所得到的解析解可以退化为已知材料的理论解。通过数值算例表明:离螺型位错越近,力场和电场值越小,反之越大。通过研究螺形位错与裂纹的相互作用为讨论一维六方准晶压电材料的裂纹顶端发射位错和裂纹钝化奠定了理论基础。     

一维六方准晶中椭圆孔边裂纹的静态与动态分析

通过构造保角映射函数,借助复变函数方法,研究了一维六方准晶中椭圆孔边裂纹的反平面剪切问题,给出了Ⅲ型裂纹问题的应力强度因子的解析解.当椭圆的长、短半轴以及裂纹长度变化时,所得结果不仅可以还原为Griffith裂纹的情形,而且得到孔边裂纹问题、T型裂纹问题和半无限平面边界裂纹问题的应力强度因子的解析解.就声子场而言,这些解与经典弹性的结果完全一致.接着对椭圆孔边裂纹的动力学问题进行了研究,并得到了Ⅲ型动态应力强度因子的解析解.当裂纹速度V→0时,动力学解还原为静力学解.这些解在科学与工程断裂中有着潜在的应用价值.     

一维六方准晶压电材料反平面Ⅲ型裂纹电塑性分析

论文基于一维六方准晶压电材料反平面问题的基本方程,对Ⅲ型裂纹的电塑性区进行分析.采用条带模型并假设在电塑性区的切应力保持为常数,得到了电塑性区大小的表达式.这种假设方式消除了电场和应力在裂纹尖端的奇异性,这与实际情况相符合,也为一维六方准晶压电材料的断裂分析提供了理论基础.     

一维六方准晶中螺型位错偶极子与直线纳米裂纹的干涉效应

关于准晶中螺型位错偶极子与直线纳米裂纹干涉效应的问题,提出了一种可获得精确解的新方法。首先,将Gurtin-Murdoch表/界面理论推广运用到准晶材料中的纳米裂纹问题,建立了裂纹表面上含声子场、相位子场的应力边界模型;然后,利用复变函数中的共形映射方法,将直线裂纹问题化为单位圆孔问题;再借助于柯西积分方法获得了问题的封闭解;最后,数值结果表明：当裂纹的尺寸减小到纳米量级时,表面效应将对声子场和相位子场中的应力场、像力及像力偶矩产生显著的影响,从而改变其力学性能,即裂纹尺寸越小,表面效应越强,声子场和相位子场中的应力场、像力及像力偶矩的数值变化越大;螺型位错偶极子力偶臂的方向对像力的极值和自身平衡亦有较大影响。     

一维六方准晶中星形静态裂纹和运动裂纹的解析解

利用复变函数方法研究了一维六方准晶中星形静态裂纹和运动裂纹的反平面剪切问题,得到了星形裂纹尖端处应力强度因子和动应力强度因子的解析解.当裂纹条数给定时,由此可得到直线裂纹,Griffith裂纹,共点均匀分布三裂纹,对称十字形裂纹,米字型裂纹(对称八裂纹)静力学和动力学问题的解析解.当k=4时,用数值算例讨论了声子场-相位子场耦合系数和裂纹运动速度对动应力强度因子的影响.当速度趋于0时,运动裂纹的解可以退化为静态裂纹的解.     

SH波对一维六方准晶中直裂纹的散射

分析了SH波对一维六方准晶中直裂纹的散射问题。利用积分变换技术,结合Copson方法,通过求解对偶积分方程,得到声子场和相位子场应力、位移及裂纹尖端动应力强度因子的解析表达式。通过数值算例讨论了裂纹长度、入射角和入射波频率对标准动应力强度因子的影响,此研究在工程材料应用中有一定的参考价值。     

含双周期裂纹的一维六方准晶电弹性全平面应变基本问题

针对电极化方向沿准周期方向的情况,讨论了周期平面内含双周期裂纹的一维六方准晶的电弹性全平面应变第一基本问题和第二基本问题。根据力的叠加原理,将三维的应力系统分解为线性独立的两组二维应力状态;运用复应力函数方法将弹性平衡状态的求解归结为求解正则型积分方程,并证明了其唯一可解性。结果表明:一维六方准晶双周期断裂问题在广义双周期边界条件下的力学解是存在并且唯一的。此结果为运用各种方法研究该基本问题的正确性和一致性提供了理论保证。     

一维六方准晶中纳米尺度开裂孔洞的III型断裂力学

研究了一维六方准晶中纳米尺度开裂孔洞的Ⅲ型断裂力学问题。基于复变弹性理论和表面弹性理论获得了考虑表面效应时椭圆孔边裂纹的应力场、应力强度因子和能量释放率的解析表达;讨论了缺陷尺寸、裂纹/孔洞比、耦合系数和施加载荷对应力强度因子和能量释放率的影响。研究表明：考虑表面效应且缺陷的尺寸在纳米尺度时,声子场和相位子场的无量纲应力强度因子以及无量纲能量释放率具有明显的尺寸依赖;裂纹相对尺寸较小时,表面效应对声子场和相位子场的无量纲应力强度因子影响较小;纳米尺度时无量纲能量释放率随耦合系数的增加而增大;耦合系数一定时,无量纲能量释放率受到椭圆孔尺寸影响;随着声子场载荷的增大,无量纲能量释放率先减小后增加,最后趋于稳定;无量纲能量释放率随相位子场载荷的增大单调减小,非常小和非常大的声子场载荷(或相位子场载荷)屏蔽了相位子场载荷(或声子场载荷)的影响。     

Boundary Conditions for Plate Bending in One-dimensional Hexagonal Quasicrystals

For plate bending in one-dimensional (1D) hexagonal quasicrystals (QCs), the reciprocal theorem and the general solution for QCs media are applied in a novel way to obtain the appropriate stress and mixed boundary conditions accurate to all order for plates of general edge geometry and loadings. Through generalizing the method developed by Gregory and Wan, a set of necessary conditions on the edge-data for the existence of a rapidly decaying solution is established. The prescribed data must satisfy these conditions in order that they should generate a decaying state. When a set of stress edge-data or mixed edge-data is imposed on the plate edge, these decaying state conditions for the case of axisymmetric deformation of 1D hexagonal QC plates are derived explicitly. They are then used for the correct formulation of boundary conditions for the plate theory solution (or the interior solution). Furthermore, in the absence of phonon–phason fields coupling effect, corresponding necessary conditions for the case of transversely isotropic elastic plates are derived subsequently, and their isotropic elastic counterparts are also obtained.      

轴对称一维六方准晶圆柱的精化理论

将轴对称圆柱的精化分析推广到一维六方准晶中轴对称圆柱的研究当中.利用准调和函数的Bessel 算子函数表示以及一维六方准晶中的通解,在不做任何预先假设的情况下,给出了一维六方准晶中轴对称圆柱的精化理论.首先,根据准调和函数的Bcsscl算子函数表示,利用三个一维待定函数,表示出声子场和相位子场的位移场和应力分量.再根据非齐次边界条件,推导出柱面受径向外载时的精化方程.通过舍弃高阶项,推导出了在径向方向受到柱面载荷的近似解.     

一维六方压电准晶中唇形匀速移动裂纹问题的解析解

运用复变函数方法,通过构造保角映射,研究了在电非渗透型边界条件下一维六方压电准晶中唇形快速传播裂纹问题的反平面剪切问题,获得了III型裂纹动态的应力强度因子和电位移强度因子的解析解．研究结果表示,当裂纹传播速度趋于零时,动力学问题就还原为了静力学问题的解．当唇形裂纹的高度趋于零时,所得结果可以退化为Griffth裂纹问题．     

一维六方准晶中纳米尺度开裂孔洞的III型断裂力学

研究了一维六方准晶中纳米尺度开裂孔洞的Ⅲ型断裂力学问题。基于复变弹性理论和表面弹性理论获得了考虑表面效应时椭圆孔边裂纹的应力场、应力强度因子和能量释放率的解析表达;讨论了缺陷尺寸、裂纹/孔洞比、耦合系数和施加载荷对应力强度因子和能量释放率的影响。研究表明：考虑表面效应且缺陷的尺寸在纳米尺度时,声子场和相位子场的无量纲应力强度因子以及无量纲能量释放率具有明显的尺寸依赖;裂纹相对尺寸较小时,表面效应对声子场和相位子场的无量纲应力强度因子影响较小;纳米尺度时无量纲能量释放率随耦合系数的增加而增大;耦合系数一定时,无量纲能量释放率受到椭圆孔尺寸影响;随着声子场载荷的增大,无量纲能量释放率先减小后增加,最后趋于稳定;无量纲能量释放率随相位子场载荷的增大单调减小,非常小和非常大的声子场载荷(或相位子场载荷)屏蔽了相位子场载荷(或声子场载荷)的影响。     

Stress Intensity Factor for the Interaction between a Straight Crack and a Curved Crack in Plane Elasticity

Formulation in terms of hypersingular integral equations for the interaction between straight and curved cracks in plane elasticity is obtained using the complex variable functions method. The curved length coordinate method and a suitable numerical scheme are used to solve such integrals numerically for the unknown function, which are later used to find the stress intensity factor, SIF.     

Study of Crack Interaction Effects Under Thermal Loading by Digital Photoelasticity and Finite Elements

Experimental Mechanics - The effect of an interacting internal crack on the edge crack in a transient thermal stress field is evaluated using digital photothermoelastic experiments and finite...     

The General Solution for a Finite Thermopiezoelectric Plate Containing a Hole and a Crack

By application of complex variables and conformal transformation, the general solution to multiply connected domains of two dimensions is constructed in terms of multiple Laurent series for thermopiezoelectric materials. Three typical boundaries, i.e., a rectangular contour, a curvilinear hole, and a line crack are considered in the paper. Though the Green’s function of an arbitrarily shaped hole still remains unknown for anisotropic materials, the approximate solutions both for thermal and electro-mechanical fields are obtained in explicit form by the least square method. The accuracy of the approximation are investigated upon each boundary contours. It is found that the local error on the crack surface diminishes below 10⁻⁷% by adopting only 20 terms of related power series. For a rectangular plate, the precision is enhanced up to the level of 99.99% on its boundary contour by adding the supplementary function, due to the rectangular corners, into the complex solution. Considering that the singular character of a crack is retained in the solution, the stress and electric displacement intensity factors influenced by the hole width and plate size are exhibited herein.     

屈服后表面裂纹与穿透裂纹的等效裂纹长度换算

在较小范围屈服条件下，将D-M模型和弹塑性线弹簧模型相结合，建立了屈服后一般扁壳表面裂纹的计算模型，导出了其控制方程和相应的COD计算公式。在此基础上，提出了屈服后一般扁壳表面裂纹与平板穿透裂纹的等COD换算方法。通过各种影响因素的分析并去除次要因素，最终给出了该等效换算关系的简单拟合公式。计算结果表明，该分析方法简便且有足够的工程精度，适应于在役压力容器等结构的现场快速断裂评定。