聚乙烯Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展实验研究

本文采用中密度聚乙烯(MDPE)单边斜切口板状试样,完成了多种条件下的Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展试验。通过对裂尖和裂尖银纹区演化的全程显微测量,获取了各试样疲劳裂纹扩展过程的一致性特征,其过程分为初始银纹区萌生、银纹区转向、裂纹宏观扩展三个阶段。通过计算发现最大周向拉应力准则能精确预测第一阶段初始银纹区的萌生角度。试验表明第二阶段中银纹区发生转向,且第三阶段中裂纹始终沿垂直于外载荷方向的路径扩展,该现象通过银纹机理结合对裂尖奇异场的分析得到了解释,并从断面分析中得到印证。对比不同加载角下试样的裂纹扩展过程,发现裂纹萌生时间随加载角增大显著增长,但裂纹扩展特征一致。     

复合型裂纹扩展的主应力因子模型及Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹扩展

以垂直于裂纹扩展径向平面上的主应力σ1及极径r的组合量√2πrσ1作为主应力因子σ1，提出了主应力因子的复合型裂纹扩展的断裂准则及静态断裂模型，在此基础上，推导了考虑裂纹闭合的扩展速率公式，进行了Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹扩展试验，并对断口作了扫描电镜观察分析，试验表明：提出的裂纹扩展模型是适用的。     

复合型表面裂纹疲劳门槛应力的估算

表面裂纹是工程构件常见的缺陷，由于实验数据的缺乏及其他困难，断裂力学应用于表面裂纹的疲劳扩展，其经验和成果还十分有限。本文利用复合型断裂准则，对圆棒试样表面小裂纹的门槛应力进行分析和估算，得到了较满意的结果。     

带裂纹组合柱的扭转

本文联合使用组合柱体扭转的单层势函数解及均质柱体扭转的单裂纹解,对带有裂纹的组合柱体的扭转作了讨论,最后将问题归结为解一组混合型积分方程,并为其建立了数值方法,对于裂纹与材料分界面接触的情形,本文通过积分方程组的主部分析,精确地求得了奇性指数的特征方程。文中对组合柱的抗扭刚度和裂纱端点的应力强度因子作了数值计算,与文献上已有的结果符合很好。     

正交异性板复合型裂纹相对周向应力断裂准则

采用相对周向应力为断裂参数,提出正交异性板任意方向的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的最大相对周向应力断裂准则.应用本准则确定开裂方向角时,能较合理地考虑材料特性的影响.     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹等σθεθ线面积断裂准则

为了研究构件中的复合型裂纹开裂角和裂纹扩展临界值,根据Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹尖端附近等σε线所围成的面积大小的变化,提出了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂等θθσε线面积断裂准则,推导了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展的开裂角公式和断裂扩展准则表达式,结果表明纯Ⅱ型裂纹的0θ及断裂韧度比θθKⅡ/c KⅠc随泊松比的增大而降低.同时给出了Ⅰ-Ⅱ复合型等θθσε线面积断裂准则的理论预测曲线,并与部分实测值进行了对比分析,与其他准则以及试验数据对比分析表明:本准则的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂准则公式推导简单,工程应用方便;其理论预测值与现有部分材料的实验值相比误差在12%以内,表明本文提出的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹等θθσε线面积断裂准则可以应用于部分材料的复合型断裂问题分析.     

航空结构铝合金Ⅰ/Ⅱ复合型断裂的三维弹塑性数值分析

在LC4CS铝合金三维Ⅰ/Ⅱ复合型断裂实验的基础上,对Ⅰ/Ⅱ复合型加载模型进行了细致的三维弹塑性有限元计算,系统分析了不同复合度φ和厚度B对裂纹端部应力场和起裂角的影响.结果表明,对于不同φ和B的试样,周向应力极大值和三维离面约束因子极小值出现在相同的角度;根据最大周向应力准则,在Ⅰ型载荷占主导(βeq＞65.45°)...     

含有裂纹和夹杂的复合柱体的扭转

本文根据Saint-Venant扭转理论,提出了一种能用于扭转分析的线夹杂模型,并得到了它的基本解,进而将此解与的单层势函数解及单裂纹基本解结合,对同时带有裂纹和夹杂的复合柱体的扭转作了讨论,最后将问题归为解一组混合型积分方程,并建议了数值解法。文中通过问题的退化,证明本文提出的夹杂模型在数学和力学上都是正确的,最后作了若干数值例子的计算,其结果令人满意。     

复合型裂纹断裂和扩展速率试验夹具及裂纹长度测量方法

本文设计了复合型裂纹断裂和扩展试验夹具及试样,借助此夹具可以在拉压疲劳试验机上进行多种复合型裂纹断裂及扩展速率试验,针对此夹具和试样提出了复合型裂纹长度测量的显微镜直读比拟法,并应用设计的夹具和提出的裂纹长度测量方法的MTSnew810上进行了多种复合型裂纹扩展速率试验,获得了复合型裂纹扩展的a-N曲线及一些新的结果。     

CTS试件中复合型疲劳裂纹扩展

针对复合型循环载荷作用下的金属构件中的裂纹扩展问题进行了实验分析和理论建模. 首先 采用紧凑拉剪试件(CTS)和 Richard研制的复合型载荷加载装置，对承受复合型循环载荷的裂纹进行了实验研究. 实验选择了两种金属材料试件，分别承受3种形式的复合型循环载荷的作用，在裂纹尖端具 有相同的初始应力场强度的条件下考察复合型循环载荷对裂纹扩展规律的影响. 实验结果表明，疲劳裂纹的扩展速率与加载角度有关. 对于同样金属材料的试件，当裂尖处 初始应力场强度相等时，载荷越接近于II型，裂纹增长速率越快. 采用等效应力强度 因子(I型和II型应力强度因子的组合)、裂纹扩展速率及复合强度等参数，以实验数据为 基础，建立了一个疲劳裂纹扩展模型，用来预测裂纹在不同模式疲劳载荷作用下的扩展速率. 为验证其有效性，该模型被应用于钢制试件的数值模拟计算中. 实验结果与模拟计算曲线保 持一致，表明该模型可以用来估算带裂纹金属构件的寿命.     

理想正交各向异性弹塑性材料平面应变条件下静止裂纹尖端场

以Hill唯象理论为基础,建立正交各向异性弹塑性材料的本构关系,给出理想正交各向异性弹塑性材料在平面应变条件下混合型静止裂纹尖端的弹塑性场.与J.Pan的解不同,采用自相似假定,可以用解析方法求得不存在应力间断的应力场.对满塑性区条件和应变的奇异性加以讨论,这些为建立断裂准则提供了理论的依据.     

GENERAL FORM OF MATCHING EQUATION OF ELASTIC-PLASTIC FIELD NEAR CRACK LINE FOR MODEⅠCRACK UNDER PLANE STRESS CONDITION

Crack line field analysis method has become an independent method for crack elastic-plastic analysis, which greatly simplifies the complexity of crack elastic-plastic problems and overcomes the corresponding mathematical difficulty. With this method, the precise elastic-plastic solutions near crack lines for variety of crack problems can be obtained. But up to now all solutions obtained by this method were for different concrete problems, no general steps and no general form of matching equations near crack line are given out. With crack line analysis method, this paper proposes the general steps of elastic-plastic analysis near crack line for mode Ⅰ crack in elastic-perfectly plastic solids under plane stress condition, and in turn given out the solving process and result for a specific problem.     

考虑应力松驰复合型裂纹顶端塑性区分析

Ｓｈｉｈ［１］应用奇异单元，获得了不考虑应力松驰小范围屈服条件下复合型裂纹尖端塑性区形状。Ｚ．Ｚ．Ｚｕ等［２］采用Ｒｉｃｅ［５］给出的裂纹尖端应力关系式，利用有限元分析获得了不考虑应力松驰下复合型裂纹尖端塑性区，本文基于静力学中内力与外力平衡条件，用线弹性的全场解代替局部解，给出了考虑应力松驰下复合型裂纹尖端塑性区边界方程，获得了考虑应力松驰下的任意方向的塑性区尺寸及塑性区形状     

三维复合型断裂的试验方法探讨

探讨了一种能够揭示三维复合型断裂现象并能记录这些现象的三维复合型断裂研究的实验方法，用此方法完成了LC4－CS航空结构铝合金不同厚度紧凑拉伸试样的I＋Ⅱ复合型断裂试验。结果表明：此方法能够简便地确定出复合型裂纹的起裂载荷、破坏载荷、裂尖张开位移、滑移位移和起裂角，基本解决三维复合型断裂研究所需实验数据问题。同时发现此种材料试样的承载能力和超裂方向的确具有明显的厚度效应。     

复合材料条形域问题混合状态Hamiltonian元的半解析解

给出了复合材料条形域问题的混合状态Ｈａｍｉｌｔｏｎ正则方程及其有效的半解析法。该方法不同于通常的半解析法，需先给出满足规则几何形状和简单边界条件的解析函数，利用Ｈａｍｉｌｔｏｎ矩阵的正交性质，采用控制论中的理论与方法后给出复杂几何形状和边界条件的解析函数，这样沿板厚方向就不需引入任何有关位移和应力的人为假设，从而引入了复合材料计算中剪切效应的影响，且发挥了Ｈ型方程的传递矩阵法优点，保证了层间位移和应刀的连续，建立了条形梁上下表面相变量之间的关系式，然后利用打靶法进行求解。     

集中荷载作用下的压电压磁双材料III型界面裂纹问题

研究了压电压磁双材料的III型界面裂纹问题,裂纹表面和界面电磁绝缘,且作用有集中荷载．通过解析延拓和复变函数技术,得到该问题的全场解,并给出了裂纹尖端的场强因子．还讨论了Wan等所定义的用以表征界面上下压电压磁材料失配比的无量纲参数G,发现G实际表征的是界面两侧应变的比值,也即界面两侧应变的不相容性．     

贴片云纹干涉法测复合应力强度因子

贴片法把Post提出的云纹干涉法向前推进了一步,它成本低、实验周期短、工艺简单,在一般光测力学实验室都可进行。由于贴片可以分离,使云纹干涉法用于现场测量成为可能。本文提出了估计裂纹尖端绝对位移的切点连线法。编写了可以计算尖端刚性位移和旋转的阻尼最小二乘法程序,应用单向栅线,测定复合应力强度因子,与理论值进行了比较,得到了满意的结果。计算和实验的位移场重合。     

Mode I and mode II crack tip asymptotic fields with strain gradient effects

The strain gradient effect becomes significant when the size of fracture process zone around a crack tip is comparable to the intrinsic material lengthl, typically of the order of microns. Using the new strain gradient deformation theory given by Chen and Wang, the asymptotic fields near a crack tip in an elastic-plastic material with strain gradient effects are investigated. It is established that the dominant strain field is irrotational. For mode I plane stress crack tip asymptotic field, the stress asymptotic field and the couple stress asymptotic field can not exist simultaneously. In the stress dominated asymptotic field, the angular distributions of stresses are consistent with the classical plane stress HRR field; In the couple stress dominated asymptotic field, the angular distributions of couple stresses are consistent with that obtained by Huang et al. For mode II plane stress and plane strain crack tip asymptotic fields, only the stress-dominated asymptotic fields exist. The couple stress asymptotic field is less singular than the stress asymptotic fields. The stress asymptotic fields are the same as mode II plane stress and plane strain HRR fields, respectively. The increase in stresses is not observed in strain gradient plasticity for mode I and mode II, because the present theory is based only on the rotational gradient of deformation and the crack tip asymptotic fields are irrotational and dominated by the stretching gradient. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (19704100), National Natural Science Foundation of Chinese Academy of Sciences (KJ951-1-20), CAS K.C. Wong Post-doctoral Research Award Fund and Post-doctoral Science Fund of China