有限高狭长压电体中共线双半无限裂纹问题的解析解

通过引入合适的保角变换,利用复变函数法,分析了部分裂纹面上受反平面剪应力和面内电载荷共同作用下有限高狭长压电体中含共线双半无限裂纹问题,导出了电不可通边界条件下两个裂纹尖端场强度因子和机械应变能释放率的解析解．当不考虑电场作用时,所得解可退化到经典弹性材料的情况．而当两裂纹尖端的距离趋于无穷大时,也可退化为狭长压电体中半无限裂纹问题的解．最后,通过数值算例,讨论了受载长度、狭长体高度、机电载荷对机械应变能释放率的影响规律以及两个裂纹之间的相互作用．结果表明,两裂纹尖端的距离越短,材料越容易破坏;且机电载荷对左尖端裂纹的扩展影响更为显著．     

压电复合材料中翼形裂纹反平面问题的解析解

利用保角映射和cauchy积分理论研究了压电复合材料中翼形裂纹的反平面问题,分别得到了电不可通和电可通两种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表达式.结果表明K随β的变化而变化,当β=0时,退化为无限大压电体中Ⅲ型Griffith裂纹.     

半平面压电体的Green函数及其应用

本文研究半平面压电体在线力、电荷和位错作用下的弹性场和电场，即Green函数．基于各向异性弹性力学中的Stroh方法和解析延拓理论，推导了Green函数的封闭形式的解．作为解的应用，分析了含半无限裂纹的无限大压电介质的机电耦合场，给出了应力和电位移强度因子的解析表达式．     

半无限平面裂纹构型横向应力的Green函数

针对各向同性弹性无限大板中半无限裂纹,用解析函数方法求解了裂尖处横向应力的Green函数.加载情况为一任意集中力作用于任意一内点处.用叠加法求解了复势,它给出该平面问题的弹性解.通过渐近分析抽取复势的非奇异部分.基于该非奇异部分,用一种直接方法求解了横向应力的Green函数.进一步,用叠加法得到了一对对称和反对称集中力加载时的Green函数.然后,用得到的Green函数来预测铁电材料双悬臂梁试验中畴变引起的横向应力.用力电联合加载引起的横向应力来判断试验中所观察到的稳定和不稳定裂纹扩展行为.预测结果和试验数据基本吻合.     

一维六方准晶中带光滑顶点的正三角形孔边裂纹的反平面问题

本文通过引入合适的保角映射,利用Stroh公式和复变函数方法研究一维六方准晶材料中含光滑顶点的正三角形孔边裂纹的反平面问题,得到正三角形孔边裂纹尖端的场强度因子和能量释放率的表达式.通过数值算例,讨论了裂纹长度和正三角形孔口边长比值对等效场强度因子和能量释放率的影响,以及耦合系数和机械载荷对能量释放率的影响规律.结果表明:裂尖等效场强因子只与裂纹长度有关,而孔洞大小对其影响可忽略;裂纹长度、耦合系数和机械载荷总是促进裂纹扩展.     

各向异性板半无限裂纹平面问题的保角变换解法

本文给出了各向异性板半无限裂纹平面问题的保角变换解.首先,简单介绍了各向异性板平面问题的基本理论.随后采用复变函数的方法,通过引用适当的保角映射研究了各向异性板半无限裂纹平面弹性问题,得到了各向异性板中半无限裂纹在任意面内集中载荷作用下的裂纹尖端的应力强度因子的解析解.最后,作为特例得到了当集中力作用在裂纹表面时的应力强度因子的解析解,依此验证了结果的正确性.结果表明该方法简单实用.     

一维六方压电准晶中正六边形孔边裂纹的反平面问题

研究了一维六方压电准晶中正六边形孔边裂纹的反平面问题,利用复变函数中的Cauchy积分公式,通过构造保角映射函数,在电非渗透型的边界条件下得到了孔边裂纹尖端的应力分布以及场强度因子的解析解.通过数值算例,讨论了正六边形的边长和裂纹长度以及剪应力对场强度因子的影响.     

狭长体中静态裂纹与快速传播裂纹的精确分析解

本文用保角映射把狭长形裂纹静力学第一边值问题予以统一的彻底的解决,接着对更为困难的狭长体裂纹动力学进行了研究。基于作者已有的理论框架,采用z₁平面与z₂平面同时映射到ζ平面上单位圆内部一个保角变换,使这一复杂的边值问题也得以彻底解决。在以上两种情形都得到了封闭形式的精确分析解,并且当裂纹速度V→0时,动力学解还原为静力学解。这些解在科学(例如地球物理学、地震学)和工程(例如液压断裂采油工程、爆破工程)中有一定的应用价值。     

平面十次对称准晶中Ⅱ型Griffith裂纹的求解

应用应力函数法,求解了二维十次对称准晶中的Ⅱ型Griffith裂纹问题。特点是把二维准晶的弹性力学问题分解成一个平面应变问题与一个反平面问题的叠加,通过引入应力函数,把平面应变问题的十八个弹性力学基本方程简化成一个八阶偏微分方程,并且求出了其在Ⅱ型Griffith裂纹情况的混合边值问题的解,所有的应力分量和位移分量都用初等函数表示出来,并且由此得出了准晶中Ⅱ型Griffith裂纹问题的应力强度因子和能量释放率。     

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.     

压电介质内裂纹问题的精确解

在压电介质断裂力学分析中,人们常假定裂纹面上的电位移法向分量为零,可是实验表明,这一假设将导致错误的结果。本文基于精确的电边界条件,并应用Stroh公式的方法,导出了含裂纹压电介质在无限远处均匀外载作用下二维问题的精确解。结果表明:(ⅰ)应力强度因子与各向同性材料相同,而电位移强度因子取决于材料常数和机械载荷,但与电载荷无关;(ⅱ)能量释放率大于纯弹性各向异性材料内的值,即总是正的,且与电载荷无关;(ⅲ)裂纹内所含空气的介电常数对介质内的场强无影响。     

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.     

横观各向同性压电材料中正三角形孔口快速传播裂纹的解析解

利用复变函数方法,通过引入合适的数值保角映射研究了横观各向同性压电材料中正三角形孔口快速传播裂纹的反平面剪切问题,并在电非渗透型与电渗透型两种边界条件下,结合柯西积分,导出了力-电耦合作用下以速度v传播时的Ⅲ型裂纹的动态应力强度因子和电位移强度因子的解析解.最后,考虑面内电载荷和面外机械载荷共同作用,分析了三角形孔尺寸、裂纹尺寸、外载变化对裂尖场强度因子的影响.     

压电陶瓷板中非电渗透型反平面裂纹的电弹性场

对受4种机电载荷的内含裂纹的压电陶瓷板的电弹性行为进行了分析。利用积分变换方法将非电渗透型反平面裂纹问题化为对偶积分方程组,求解这些方程组可以获得裂纹线上电弹性场的明显解析表达式,及裂尖处一些量的强度因子和机械应变能释放率。当板的厚度趋近于无穷大时,所得结果还原为熟知结果。     

压电材料椭圆夹杂界面局部脱粘问题的分析

利用复变函数方法,研究在反平面剪切和面内电场共同作用下压电材料椭圆夹杂的界面脱粘问题．假定夹杂界面脱粘导致了界面电绝缘型裂纹的产生．通过保角变换和解析延拓,将原问题化为两个黎曼-希尔伯特问题,获得了夹杂和基体复势的级数解,进而求得应力变形场以及夹杂-基体界面脱粘的能量释放率的一般表达式．通过理想粘结的椭圆夹杂、完全脱粘的椭圆夹杂、局部脱粘的刚性导体椭圆夹杂、局部脱粘的圆形夹杂等特例的分析说明了该解的有效性和通用性．     

功能梯度条硬币型裂纹扭转冲击响应

研究非均匀条中硬币型裂纹的扭转冲击问题．材料的剪切模量假定按特定的梯度变化．采用Laplace 和Hankel 变换将问题化为求解Fredholm积分方程,通过将Bessel函数渐进展开获得裂纹尖端动态应力场．考查非均匀参数和功能梯度条高度对裂尖动态断裂行为的影响．动应力强度因子和能量密度因子的清晰表达式表明,作为裂纹扩展力,对于这里所研究的问题,二者是等价的．动应力强度因子的数值结果显示,增加剪切模量的非均匀参数可以抑制动应力强度因子的幅度,而条形域的高度对动态断裂特性的影响较小．     

横观各向同性压电空间中圆裂纹与合成点源的三维相互作用

研究了横观各向同性压电空间中的圆裂纹与包括力偶极子、电偶极子、点力矩、力张和力旋这些常见合成点源的相互作用．用初等函数的形式给出了在任意位置和方向的合成点源作用下,裂纹尖端3种应力强度因子和电位移强度因子的三维解．其中圆裂纹包括币形裂纹和外圆裂纹．这一系列的力电合成点源不仅其自身在工程中普遍存在,而且在某些情形下还可以模拟诸如微裂纹、空洞、夹杂和位错等缺陷．