高分子材料中拟断裂引起的裂纹的边界元分析

本文发展了一个粘弹性界元法，根据拟断裂引起断裂的力学模型和时间相关的能量吸收率原理，研究了高分子材料中裂纹的时间相关的张开位移、表面应力和扩展特性等，数值计算结果与实验结果、理论结果进行比较，具有很好的一致性。     

一种岩石断裂韧度试样应力强度因子的三维边界元法标定

用三维边界元法(BEM)标定了一种岩石断裂韧度试样的柔度,求出了这种试样的平均无量纲应力强度因子(SIF),并得到了对应于最大载荷时的临界裂纹长度和平均无量纲SIF的最小值.     

裂纹表面承受均布载荷时的应力强度因子及裂纹张开位移的边界配位法

本文针对裂纹表面承受载荷时的应力条件，提出了新的应力函数，对于各种裂纹模型、各种边界条件、各种边界形状、裂纹表面自由或承受均布载荷等均适用。并利用边界配位法，计算了裂纹表面承受均布载荷时的方型板内中心裂纹的应力强度因子（ＳＩＦ）及裂纹的张开位移（ＣＯＤ）。     

基于有限断裂法和比例边界有限元法的裂纹扩展模拟

基于有限断裂法和比例边界有限元法提出了一种裂缝开裂过程模拟的数值模型。采用基于有限断裂法的混合断裂准则作为起裂及扩展的判断标准,当最大环向应力和能量释放率同时达到其临界值时,裂缝扩展。结合多边形比例边界有限元法,可以半解析地求解裂尖区域附近的应力场和位移场,在裂尖附近无需富集即可获得高精度的解。计算能量释放率时,只需将裂尖多边形内的裂尖位置局部调整,无需改变整体网格的分布,网格重剖分的工作量降至最少。裂缝扩展步长通过混合断裂准则确定,避免了人为假设的随意性,并可以实现裂缝变步长扩展的模拟,更符合实际情况。通过对四点剪切梁的复合型裂缝扩展过程的模拟,对本文模型进行了验证,并应用于重力坝模型的裂缝扩展模拟,计算结果表明,本文提出的模型简单易行且精度较高。     

裂纹表面承受均布载荷时的应力强度因子及裂纹张开位移的边界配…

本文针对裂纹表面承受载荷时的应力条件，提出了新的应力函数，对于各种裂纹模型，各种边界条件，各种边界形状，裂纹表面自由或承受均布载荷等均适用。并利用边界配位法，计算了裂纹表面承受均布载荷的方型板内中心裂纹的应力强度因子及裂纹的张开位移。     

岩石节理(断裂)表面的多重分形性质

提出了新的投影覆盖法———ＰｒｏｊｅｃｔｉｖｅＣｏｖｅｒｉｎｇＭｅｔｈｏｄ（ＰＣＭ），并结合无接触激光表面测量技术直接测定出断裂表面分维值Ｄ∈［２，３）．建立了表面粗糙性投影覆盖概率函数，分析了节理（断裂）表面的多重分形性质．     

边界配位法数值计算的收敛性和可行性的一些问题

本文在一种裂纹体上得到了Williams 级数的收敛性结果,依此进行边界配置计算和讨论,提出了边界配位法在收敛域内外的计算可行性问题和"主核计算域"的概念.     

非线性断裂模式下冻土复合型破坏的数值计算

冻土是多相复合材料,其内部含有很多孔洞,裂隙等缺隙,它的断裂破坏过程像岩石及混凝土等准脆性材料一样具有明显的非线性特征.本文提出了一种胶结力裂纹模型来模拟冻土的断裂破坏过程.这种模型基于在裂纹尖端插入非线性界面元来模拟微裂纹区的胶结力(使裂纹闭合的力),裂纹扩展判据采用最大应变能释放率准则,同时编制程序对冻土Ⅰ-Ⅱ复合...     

功能梯度材料结构的热应力边界元分析

导出了一种新的可对功能梯度材料结构进行二维和三维热应力分析的积分方程, 利用该方程并结合多区域边界元三步求解技术, 可对由任意多种介质组成的变物性参数复合结构进行热应力分析; 采用与弹性模量无关的Kelvin解作为问题的基本解, 导出的积分方程含有由材料的非均质性以及温度变化引起的域积分; 使用径向积分法将所有的域积分转换成等价的边界积分, 从而建立起只需要边界离散的无内部网格边界元算法; 最后对两种典型的飞行器防热结构进行二维和三维热应力算例分析, 并通过与有限元计算结构对比验证结果的正确性.      

DYNAMIC FRACTURE ANALYSIS OF AGED GLASSY POLYCARBONATE BY THE METHOD OF CAUSTICS

The purpose of this work is to investigate the dynamic fracture properties of glassy polycarbonate （PC） with different aging times. The optical method of caustics is adopted in which the shadow spot patterns are recorded by a high speed camera during the dynamic fracture process. Then, the dynamic crack propagation, the stress intensity factor （SIF） and the dynamic fracture toughness of aged PC are obtained through an analysis of the characteristic size of caustic pattern. Moreover, by combining with the investigation of the fracture surface and the energy release rate analysis, the influence of aging time on the dynamic fracture behavior is discussed. Results show that the dynamic fracture toughness and critical energy release rate of PC decreases with aging time for short aging times, whereas they have little change or even increase for longer aging times. Therefore, aging modifies the mechanical properties especially the dynamic fracture properties of PC nonlinearly, not linearly as generally thought of.     

ANALYSIS OF 3-D NOTCHED/CRACKED STRUCTURES BY USING EXTENDED BOUNDARY ELEMENT METHOD 1)

在线弹性理论中,三维 V 形切口/裂纹结构尖端区域存在多重应力奇异性,常规数值方法不易求解. 本文提出和建立了三维扩展边界元法 (XBEM),用于分析三维线弹性 V 形切口/裂纹结构完整的位移和应力场. 先将三维线弹性 V 形切口/裂纹结构分为尖端小扇形柱和挖去小扇形柱后的外围结构. 尖端小扇形柱内的位移函数采用自尖端径向距离 $r$ 的渐近级数展开式表达,其中尖端区域的应力奇异指数、位移和应力特征角函数通过插值矩阵法获得. 而级数展开式各项的幅值系数作为基本未知量. 挖去扇形域后的外围结构采用常规边界元法分析. 两者方程联立求解可获得三维 V 形切口/裂纹结构完整的位移和应力场,包括切口/裂纹尖端区域精细的应力场. 扩展边界元法具有半解析法特征,适用于一般三维 V 形切口/裂纹结构完整位移场和应力场的分析,其解可精细描述从尖端区域到整体结构区域的完整应力场. 作者研制了三维扩展边界元法程序,文中给出了两个算例,通过计算结果分析,表明了扩展边界元法求解三维 V 形切口/裂纹结构完整应力场的准确性和有效性.     

MODE III 2-D FRACTURE ANALYSIS BY THE SCALED BOUNDARY FINITE ELEMENT METHOD

The scaled boundary finite element method （SBFEM） is a novel semi-analytical technique that combines the advantages of the finite element method and the boundary element method with unique properties of its own. This method has proven very efficient and accurate for determining the stress intensity factors （SIFs） for mode I and mode II two-dimensional crack problems. One main reason is that the SBFEM has a unique capacity of analytically representing the stress singularities at the crack tip. In this paper the SBFEM is developed for mode III （out of plane deformation） two-dimensional fracture anMysis. In addition, cubic B-spline functions are employed in this paper for constructing the shape functions in the circumferential direction so that higher continuity between elements is obtained. Numerical examples are presented at the end to demonstrate the simplicity and accuracy of the present approach for mode Ⅲ two-dimensional fracture analysis.     

动态断裂力学的无限相似边界元法

对弹性动力学的相似边界元法进行了进一步研究,推导了相应的计算公式,并在此基础上提出了动态断裂力学的无限相似边界元法.与传统的边界元法相比,相似边界元法由于只需在少数单元上进行数值积分,大大减少了计算量.对动态断裂力学问题,无限相似边界元法由于在裂纹尖端的边界上设置了逼近于裂纹尖端的无限个相似边界单元,可直接得到裂纹尖端具有奇异性的应力,而不需要设置奇异单元,从而突破了奇异单元对应力奇异性阶次的局限.另外,还讨论了无限相似边界元法得到的无限阶的线性代数方程组的求解方法.     

脆性材料在双向应力下的断裂实验与理论分析

研究了脆性材料在双向应力下的断裂特性和失效机理，特别是在平行于裂纹的应力对临界断裂参数的影响方面进行了实验上和理论上的研究．采用玻璃、陶瓷等脆性材料进行了平面双向拉伸和单向拉伸试验，并对实验结果进行比较．观测直通裂纹的启裂和扩展过程，证明了双向应力对裂纹驱动力有明显影响，讨论了裂纹扩展的应变准则．     

用裂纹张开位移计算三点弯曲试样的动态应力强度因子

给出了一种由裂纹的动态张开位移计算三点弯曲试样的动态应力强度因子的简单方法。对于两种不同几何尺寸的试样,在三类不同载荷作用下给出了数植算例,并与完全的动态有限元方法的计算结果进行了比较。结果表明:两种方法的计算结果相当一致。最后,还给出了由测定三点弯曲试样的裂纹张开位移确定试样的动态应力强度因子,最终确定材料动态起裂韧性的方法。     

应用边界元方法的正齿轮接触应力分析

本文应用边界元方法,采用在齿廓上按赫兹分布的载荷,直接计算了在接触区附近齿表面和齿体内的真实接触应力。并通过计算定量地分析了各齿轮参数及齿面摩擦对接触应力的影响。为高精度的齿轮设计、寿命预测和渗碳层厚度选择提供了可靠的依据。     

奇异边界法:一个新的、简单、无网格、边界配点数值方法

物理力学控制方程的基本解有源点奇异性.因而,传统的观点认为奇异基本解一般不能用做控制方程数值解的基函数;除非源点布置在物理域以外的虚假边界上,与物理边界上的配点分离.后者就是近年来受到广泛关注的基本解方法的基本思路.与这些传统方法不同,文中直接使用基本解做为插值基函数,且源点和配点是同一组物理边界上的离散点.本项工作的一个基本假设是源点奇异时的源点强度因子的存在性.利用待求问题控制方程的已知简单解,提出了一个计算源点强度因子的数值方法,并发现源点强度因子确实存在,且是一个有限值,其大小依赖于边界离散点的分布和边界条件类型.由此,文中提出了一个计算微分方程问题的新数值方法,称为奇异边界方法.该方法数学简单,编程容易,是一个真正的无网格方法.初步数值试验显示该方法精度高,收敛速度快.但有关该方法的数学物理基础还不是十分清楚.     

横观各向同性压电材料中裂纹问题的边界元法

采用Somigiliana公式给出了三维横观各向同性压电材料中的非渗漏裂纹问题的一般解和超奇异积分方程,其中未知函数为裂纹面上的位移间断和电势间断．在此基础上,使用有限部积分和边界元结合的方法,建立了超奇异积分方程的数值求解方法,并给出了一些典型数值算例的应力强度因子和电位移强度因子的数值结果,结果令人满意．