三维动态裂纹问题的超奇异积分方程法

基于弹性材料的动态基本方程,结合广义Betti-Rayleigh互易等式与时域下的边界积分方程,推导得到时域下的超奇异积分方程组。引入Laplace域下的动态基本解,将经过主部分析的积分核函数分解为静态和动态部分,其中动态积分核不具有奇异性。在裂纹前沿附近单元,采用与理论分析一致的平方根位移模型。结合Lubich时间卷积实现拉氏变换,采用配置点法计算超奇异积分,获得问题的数值解。并针对椭圆裂纹算例编写Fortran程序,得到冲击荷载作用下张开型裂纹的动态应力强度因子变化规律,数值结果稳定且收敛速度快。     

黏弹性体界面裂纹的冲击响应

研究两半无限大黏弹性体界面Griffith裂纹在反平面剪切突出载荷下,裂纹尖端动应力强度因子的时间响应,首先,运用积分变换方法将黏弹性混合黑社会问题化成变换域上的对偶积分方程,通过引入裂纹位错密度函数进一步化成Cauchy型奇异积分方程,运用分片连续函数法数值求解奇异积分方程,得到变换域内的动应力强度因子,再用Laplace积分变换数值反演方法,将变换域的解反演到时间域内,最终求得动应力强度因子的时间响应,并对黏弹性参数的影响进行分析。     

一种基于直接计算高阶奇异积分的断裂力学双边界积分方程分析法

相对于有限元法,边界单元法在求解断裂问题上有着独特的优势,现有的边界单元法中主要有子区域法和双边界积分方程法.采用一种改进的双边界积分方程法求解二维、三维断裂问题的应力强度因子,对非裂纹边界采用传统的位移边界积分方程,只需对裂纹面中的一面采用面力边界积分方程,并以裂纹间断位移为未知量直接用于计算应力强度因子.采用一种高阶奇异积分的直接法计算面力边界积分方程中的超强奇异积分;对于裂纹尖端单元,提供了三种不同形式的间断位移插值函数,采用两点公式计算应力强度因子.给出了多个具体的算例,与现存的精确解或参考解对比,可得到高精度的计算结果.      

圆夹杂内裂纹对SH波的动力响应

利用特殊函数的Graf加法公式和波函数展开方法得出了圆夹杂内作用集中力的格林函数．根据Bessel函数的渐近性质，对所得格林函数的奇异部分和有界部分进行了分离．利用所得的格林函数和互易定理得出了圆夹杂内裂纹在SH波作用下的散射场．根据裂纹的散射场建立了圆夹杂内裂纹的超奇异积分方程．对超奇异积分方程的数值求解，可得裂纹端点的动应力强度因子。     

非均匀弹性材料中反平面的运动裂纹

用解析方法研究了非均匀弹性材料中反平面运动裂纹问题。首先采用余弦变换求解非均匀材料的基本方程，然后根据混合边值条件建立裂纹运动的对偶积分方程，再把对偶积分方程化为第二类Fredholm积分方程。给出了数值算例，计算结果表明材料的非均匀性对动应力强度因子有较大的影响。     

Periodic system of collinear cracks in an elastic porous medium

We consider a problem for cracks in a specific porous elastic material described by the Cowin-Goodman-Nunziato model. For an arbitrary set of collinear cracks, the problem is reduced to an integral equation over the crack surface. In the special case of a periodic crack arrangement, the kernel of the integral equation is written in the form of a Fourier series. By explicitly summing the leading part of the kernel, we can show that it exhibits hypersingular behavior as the argument tends to zero. Further, we solve the main integral equation by using the direct numerical method proposed in our preceding paper. In conclusion, we study the stress concentration at the crack tips and compare this case with the case of a single isolated crack.     

垂直磁压电材料界面三维裂纹的超奇异积分法

应用有限部积分概念和广义位移基本解，垂直于磁压电双材料界面三维复合型裂纹问题被转 化为求解一组以裂纹表面广义位移间断为未知函数的超奇异积分方程问题. 进而，通过主部 分析法精确地求得裂纹尖端光滑点附近的奇性应力场解析表达式. 然后，通过将裂纹表面 位移间断未知函数表达为位移间断基本密度函数与多项式之积，使用有限部积分法对超奇异 积分方程组建立了数值方法. 最后，通过典型算例计算，讨论了广义应力强度因子的变化规 律.     

含内埋裂纹的板条瞬态响应分析

利用线弹簧模型求解了阶跃载荷作用下含内埋裂纹的无限长板条问题,对采用基于线弹簧模型的解析方法求解三维裂纹动态问题作了有益的探索。定性解释了动态线弹簧采用静态线弹簧本构关系的可行性,通过积分变换方法,导出了描述内埋裂纹板条动态问题的Cauchy型奇异积分方程。进行了数值计算,对模型应用的合理性作了理论解释,并对内埋裂纹板条瞬态响应的影响因素作了细致的分析。     

功能梯度材料裂纹尖端动态应力场

研究受反平面剪切作用的功能梯度材料动态裂纹问题,通过积分变换-对偶积分方程方法推出了裂纹尖端动态应力场,时间域内的动态应力强度因子由Laplace数值反演获得,研究结果表明功能梯度材料的梯度越大,相应的裂纹问题的动态应力强度因子值越低。     

黏弹性材料界面裂纹应力场奇性分析

研究两半无限大黏弹性体间Griffith界面裂纹在简谐载荷作用下裂纹尖端动应力场的奇异特性.通过引入裂纹张开位移和裂纹位错密度函数,相应的混合边值问题归结为一组耦合的奇异积分方程.渐近分析表明裂尖动应力场的奇异特征完全包含在奇异积分方程的基本解中.通过对基本解的深入分析发现黏弹性材料界面裂纹裂尖动应力场具有与材料参数和外载荷频率相关的振荡奇异特性.以标准线性固体黏弹材料为例讨论了材料参数和载荷频率对奇性指数和振荡指数的影响.     

Scattering of love waves by an interface crack between a piezoelectric layer and an elastic substrate

The scattering of Love waves by an interface crack between a piezoelectric layer and an elastic substrate is investigated by using the integral transform and singular integral equation techniques. The dynamic stress intensity factors of the left and the right crack tips are determined. It is found from numerical calculation that the dynamic response of the system depends significantly on the crack configuration, the material combination and the propagating direction of the incident wave. It is expected that specifying an appropriate material combination may retard the growth of the crack for a certain crack configuration. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 19891180), the Fundamental Research Foundation of Tsinghua University (JZ 2000.007) and the Fund of the Education Ministry of China.     

各向异性介质中SH波引起的裂纹扩展

本文利用Green函数法,求解各向异性介质中半无限长裂纹在SH波作用下,以任意速度扩展的问题。首先,利用Laplace变换和Cagniard-de Hoop反演法求解各向异性介质中反平面问题的Green函数,并利用它建立了求解裂纹扩展问题的积分方程。因为方程为Abel型的,所以可得到在SH波作用下,半无限长裂纹扩展问题的解析解。还可求得裂纹端点附近的应力和裂纹表面上位移的表达式。并对裂纹端点附近的奇异性进行讨论。最后讨论了裂纹尖端附近任一点的能量关系。并应用Griffith的能量准则,对裂纹扩展规律进行了讨论。     

与两相材料界面接触的裂纹对SH波的散射

利用积分变换方法得出了两相材料中作用简谐集中力时的格林函数．根据所得的格林函数并利用Betti-Rayleigh互易定理得出了与界面接触裂纹的散射波场．裂纹的散射波场可分解为两部分，一部分为奇异的散射场，另一部分为有界的散射场．利用分解后的散射场，可得裂纹在SH波作用下的超奇异积分方程．根据裂纹散射场的奇异部分和Cauchy型奇异积分的性质得出了裂纹和界面接触点处的奇性应力指数和接触点角形域内的奇性应力．利用所得的奇性应力定义了裂纹和界面接触点处的动应力强度因子．对所得超奇异积分方程的数值求解可得裂纹端点和接解点处的应力强度因子。     

双材料中平片裂纹问题的超奇异积分方程解法

利用三维断裂力学的超奇异积分方程方法,对双材料空间中重直于界面的平片裂纹Ⅰ型问题进行了研究。首先根据双材料空间的弹性力学基本解,使用边界积分方程方法,在有限部积分的意义下导出了以裂纹面位罗间断为未知函数的超奇异积分方程,并为其建立了数值法。在此基础上,讨论了用裂纹面位移问题计算应力强度因子的方法。最后用此计算了几个典型的Ⅰ型下片裂纹问题的应力强度因子,其数值结果令人满意。     

A three-dimensional rectangular crack subjected to shear loading

In this paper a solution is derived to treat the three-dimensional elastostatic problem of a narrow rectangular crack embedded in an infinite elastic medium and subjected to equal and opposite shear stress distribution across its faces. Employing two-dimensional integral transforms and assuming a plane-strain solution across the width of the crack, the stress field ahead of the crack length is reduced to the solution of an integral equation of Fredholm type. A numerical solution of the integral equation and the corresponding mode II stress-intensity factor is obtained for several crack dimensions and Poisson's ratios of the material.     

横观各向同性体中的埋藏裂纹

本文采用奇异积分方程法分析了横观各向同性体中的埋藏裂纹。建立了张开型埋藏裂纹的Cauchy型奇异积分方程。当裂纹面和弹性对称轴垂直时,得到的裂纹张开位移方程的求解与各向同性情况类似。当裂纹面和弹性对称轴平行时,根据加权余量法,建立了弱解方程。给出两个算例,计算了圆形裂纹和椭圆形裂纹上的张开位移分布。数值结果表明：本文的方法是有效的。横观各向同性体中,埋藏裂纹方位任意时的裂纹张开位移方程,根据本文的方法易于得到。     

弹性功能梯度材料板条中周期裂纹的反平面问题

讨论了弹性功能梯度材料板条中裂纹的反平面问题. 用Fourier 变换方法得到了一个基本解. 这个基本解表示了实轴上一点作用有点位错时引起的影响. 利 用此基本解可得单裂纹和周期裂纹问题的奇异积分方程. 在周期裂纹求解时, 远处裂纹对于中央裂纹的影响作了有效的近似处理. 最后, 给出了数值结果, 它表示了材料性质对于裂纹端应力强度因子的影响.     

裂纹端部细短纤维的应力分析

基于裂纹端部存在与其裂纹面相垂直的二相细短纤维分析模型，采用叠加原理推导了求解纤维表面应力分布函数的积分方程，通过简化得到了该方程的解析表达显式，该积分方程的特征值方程是纤维几何参数，材料常数以及纤维相对于裂纹位置的相关函数，当材料参数不满足特征方程时，积分方程将具有唯一解；并借助数值方法，给出了纤维剪应力分布算例，和纤维对应力强度因子的影响。     

Diffraction of torsional elastic waves by a peripheral edge crack around a spherical cavity

This paper deals with the problem of finding the stress distribution in the neighborhood of a peripheral edge crack in a spherical cavity. The crack is excited by a torsional standing wave.The problem is solved by using integral transforms and is reduced to the solution of a singular integral equation. The solution of this equation is obtained numerically by the method due to Erdogan, Gupta, and Cook, and the stress intensity factors are displayed graphically.     

SH波与功能梯度材料静止裂纹的相互作用

利用功能梯度材料剪切模量和密度的指数模型，利用积分变换－积分方程方法，对无限大体SH波作用下的功能梯度材料理解纹进行了求解。通过理论分析给出了裂纹尖端的动应力强度因子，通过数值计算给出了材料的剪切模量梯度，频率对动应力强度因子的影响。