表面荷载作用下半无限层状介质中的裂纹分析

分析了半无限层状介质中的正方形裂纹。层状材料的层面互相平行,外部荷载作用在边界面上,正方形裂纹平行于层面。基于Yue基本解的数值方法和线弹性断裂力学叠加原理,首先采用一种数值方法获得无裂纹半无限层状介质的应力场,然后将计算得到的应力按叠加原理施加在裂纹面上,并采用另一种数值方法计算此情形下裂纹面的间断位移,最后采用裂纹面的间断位移计算应力强度因子。结果显示:I型和II型应力强度因子的变化与裂纹所处的位置关系密切;层状介质中的裂纹张开和滑移受到不同介质存在的影响,进而影响到裂纹的应力强度因子。建议的数值方法可用于分析复杂荷载作用下层状介质中裂纹的断裂力学特性。     

基于纯声子辐射模型的超薄绝缘夹层结构

在复合材料结构中起绝热、增韧作用的绝缘夹层,其加工厚度现在已达到纳米量级,原有的傅立叶热传导定律已无法描述其热能的传递行为,需从分子动力学、量子力学从发,针对不同研究对象建立相应的热传导模型．针对超薄绝缘夹层结构,将纯声子辐射模型和傅立叶热传导模型相结合数值求解热冲击条件下的温度场,并作为热载荷,用于求解结构上表面应力和夹层裂纹驱动力,其结果与只采用傅立叶热传导模型计算的结果相比较, 分析了物理参数对温度、应力和裂纹驱动力的影响．结果表明：与只采用傅立叶热传导模型计算的结果相比,按EPRT计算的热传导明显变慢,其表面剥离应力偏大,而夹层裂纹驱动力偏小．同时随着松弛时间增大和声子速度的降低,热传导减缓,表面横向剥离应力增大,超薄绝缘夹层内裂纹尖端驱动力减小．     

半无限板边缘裂纹的权函数解法与评价

权函数法是求解裂纹体在任意受载条件下的应力强度因子和裂纹面位移等断裂力学参量的高效、高精度方法,与有限元等数值方法相比,在求解效率和可靠性方面均具有明显优势.针对半无限板边缘裂纹,系统分析了在国际断裂力学界较有代表性的Wu-Carlsson、Glinka-Shen和Fett-Munz三种解析形式的权函数法,进而以在远端均匀加载下的半无限板边缘裂纹面位移Wigglesworth解析解导得的权函数及其对应的格林函数解(即裂纹面受一对单位集中力作用下的应力强度因子)为基准,沿整个裂纹长度对3种权函数的精度逐点进行比较,并与文献中基于其他方法求得的权函数做了广泛对比,包括Bueckner,Hartranft-Sih以及Wigglesworth利用不同解析方法推导出的高精度的权函数.研究了3种参考载荷(均布/正反向线性分布应力、集中力)及其不同组合,以及裂纹嘴位移的几何条件对权函数精度的影响.结果表明,基于一种参考载荷下的裂纹面张开位移比基于两种参考载荷下的应力强度因子所得到的权函数具有更高的精度,而且后一种方法的精度明显受到所选参考载荷组合的影响;裂纹面位移在裂纹嘴处三阶导数等于零的条件对基于一个参考解的权函数精度的改进效果较小.最后给出了利用各种权函数方法计算得到的4种载荷条件下的应力强度因子,并对结果进行了比较.     

稳态循环应力下结构断裂可靠性设计方法

对含初始缺陷（宏观裂纹）结构进行无限寿命断裂可靠性设计，给出了疲劳裂纹扩展应力强度因子的二维概率密度函数及其门槛值分布函数公式，通过应力强度因子，门槛值干涉模型可求得裂纹不扩展的可靠度和指定可靠度下不扩展裂纹的最大尺寸，并确定含裂纹构件的检修周期。     

考虑闭合效应和三维应力约束的表面裂纹扩展模拟

假定承受Ⅰ型常幅载荷下的表面裂纹在扩展中的形状保持为半椭圆,利用Newman半椭圆表面裂纹应力强度因子公式计算应力强度因子。提出了等效厚度的概念,利用穿透直裂纹的研究结果,考虑表面裂纹扩展中塑性致闭和三维应力约束效应。基于Elber模型建立了三维表面裂纹扩展模型。数值模拟了表面裂纹扩展过程,研究了裂纹形状变化及规律,计算了裂纹扩展寿命。将计算结果与有关试验结果进行了对比,吻合较好。     

基于子模型法的带有表面裂纹钢丝应力强度因子研究

钢丝裂纹应力强度因子是进行钢丝疲劳断裂寿命评估、疲劳裂纹扩展分析和钢丝断裂强度评估等工作的重要参数。本文首先介绍了裂纹扩展分析软件FRANC3D,然后基于子模型法模拟研究了拉伸荷载作用下带有表面裂纹钢丝的应力强度因子,裂纹种类包括直线形裂纹和半圆形裂纹,最后拟合得到拉伸荷载作用下带表面裂纹钢丝的应力强度因子形状修正系数表达式,分析了利用该公式进行承载力评估时产生误差的原因。研究结果表明,利用子模型模拟分析拉伸荷载作用下带有表面裂纹的钢丝应力强度因子时计算精度高,计算速度快,对计算机硬件要求低;利用该方法得到的钢丝裂纹应力强度因子,在进行索承式桥梁吊索安全性能评估时,评估结果更精确。     

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.     

压电体内孔边裂纹的应力强度因子

本文研究含有Ⅲ型孔边裂纹压电弹性体的反平面问题.根据Muskhelishvili的数学弹性力学理论,并利用保角变换和Cauchy积分的方法,对含有圆孔孔边单裂纹和双裂纹的压电弹性体分别进行了分析.基于电不可穿透裂纹模型,得到了在反平面剪力和面内电载荷的共同作用下裂纹尖端应力强度因子的解析解.最后,通过数值算例,讨论了应力强度因子随裂纹长度变化的规律.结果表明:应力强度因子随着裂纹和孔的相对尺寸的增加而增加,并且单边裂纹的应力强度因子要比双边裂纹的应力强度因子大.     

基于细观力学的脆性岩石蠕变损伤特性研究

由于孔隙水长期应力侵蚀作用下的亚临界裂纹扩展对脆性岩石的蠕变特性有着重要的影响.论文基于翼型裂纹细观模型与裂纹扩展法则,得到了常压应力作用岩石的裂纹长度演化规律,然后结合宏观应变关系,分析了岩石的蠕变应变演化规律.基于上述关系,讨论了初始损伤一定情况下,裂纹角度对于岩石的蠕变失效特性及短期强度的影响,结果表明了裂纹角度对于脆性岩石的力学特性有着重要的影响.然后结合花岗岩细观力学试验参数,分析了花岗岩的裂纹尖端强度因子,裂纹长度,损伤,蠕变演化规律.并对比分析了蠕变应变的理论与试验结果,两者具有一定的相似性,验证了理论模型的合理性,进而对脆性岩石工程的设计与施工提供了一定的帮助.     

压荷载下类岩石材料中的锯齿形裂纹分析

针对类岩石材料的复杂性和非均质性,特别是材料中一些强度相对较弱的晶界的存在等,对形状较为复杂的两种锯齿形裂纹:内张型滑动裂纹和单翼滑动裂纹的应力强度因子进行了分析.结合经典的滑动裂纹模型,讨论了裂纹起裂角、侧压以及翼裂长度等对应力强度因子的影响.分析的结果为进一步研究类岩石材料的断裂损伤机理提供了理论基础.