应变损伤材料平面应力动态裂纹尖端场的渐近解

采用塑性动力学方程,对应变损伤材料的平面应力动态裂纹尖端场进行了渐近分析。假定损伤规律服从反比例关系,对平面应力问题,导出了本构方程,并给出了动态弹塑性场的渐近解,揭示了场的渐近特性。     

损伤材料裂纹尖端附近的应力场

本文导出了损伤材料的全量理论,导出了全量公式中H的渐近表达式;最后得到损伤材料平面应变条件下的裂纹尖端的应力应变场。     

一类含Ⅰ—型裂纹超弹性材料的裂纹尖端场

1 引言人们对裂纹问题的研究,多数是在线弹性理论的范围内进行的.结果表明应变在裂尖处具有奇异性,这显然同线弹性小应变假设不一致.为了解决这一矛盾,研究者们曾采用过各种各样的途径.首先是计及了材料非线性造成的影响,而将无限小位移假设保留了下来,其代表者有Rice 和Rosengren 以及     

粘弹塑性材料动态裂纹尖端场

本文采用一种弹性/粘塑性模型,对扩展裂纹尖端应力应变场进行了渐近分析。文中假定,弹性阶段的粘性效应可以略去,仅在塑性应变中粘性才起作用。对这种模型,文中导出了一种率敏感型的本构关系。并进一步导出了裂纹尖端应力应变场的动力学方程。通过量级分析,给出了尖端场的应力应变奇异性指数。并且讨论了弹性,塑性及粘性三者的匹配条件。对Ⅲ型裂纹进行了具体的分析计算。对各个不同参数的选取进行了详细的分析,讨论了解的性质随各参数的变化规律。     

扩展裂纹尖端奇异场的实验研究

用云纹方法测量了 LY12-M 铝材,双边裂纹试件、扩展裂纹沿 x和y方向位移场u_x,u_y。实验的裂纹尖端奇异场与 GH 理论奇异场进行了比较。两者偏差在±10％范围内,得到实验的 GH 奇异场范围与形状。实验证明:扩展裂纹尖端场有(lnA/r)~(α+1)奇异主导区。该主导区形状由腰子形向扁圆、圆形过渡,接近裂纹扩展时形状不规则。在 GH 主导区内,裂纹尖端附近有一个三维贲形,材料损伤区。在该区内 GH 奇异性不存在。     

蠕变材料Ⅰ型动态扩展裂纹尖端场

为了研究黏性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了蠕变材料Ⅰ型动态扩展裂纹的 力学模型.首先,依据在稳态蠕变阶段,弹性变形和黏性变形同时在裂纹尖端场中占主导地 位,由量级协调可知,应力和应变具有相同的奇异量级,即(σ,ε)∝/ r- 1/(n-1). 其次,通过渐近分析推导出动态扩展裂纹尖端场的控制方程并求得了裂纹尖端应 力、应变和位移分离变量形式的渐近解.最后,采用双参数打靶法求得了裂纹尖端应力、应 变的数值结果.数值计算表明,裂尖场主要受材料的蠕变指数n和马赫数M的控制;在Ⅰ 型动态扩展裂纹前方,环向应变达到最大值,可据此建立断裂准则. 由于裂纹稳定扩展与非稳定扩展的主奇异项相同,因此对于稳定扩展裂纹的渐近分析方 法,同样适用于非稳定的裂纹扩展问题.     

平面应变脆性损伤裂纹场分析

根据Ｂｕｉ的脆性损伤理论，本文研究Ｉ型拉伸裂纹的平面应变过程区及其力学场。计及裂尖材料的有限变形，细致的有限元分析给出了小范围屈服条件下两种典型的损伤区形貌。     

蠕变材料Ⅱ型动态扩展裂纹尖端场

为了研究粘性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了蠕变材料Ⅱ型动态扩展裂纹的力学模型,在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级,即(σ,ε)∝r-1/(n-1)。通过渐近分析求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近解,并采用打靶法求得了裂纹尖端应力、应变的数值结果,数值计算表明,裂尖场主要受材料的蠕变指数n和马赫数M的控制。通过对裂纹尖端场的渐近分析,从应变角度出发,提出了蠕变材料Ⅱ型动态扩展裂纹的断裂判据。     

可压缩粘弹性材料Ⅱ型动态扩展裂纹尖端场

为了研究粘性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了可压缩粘弹性材料II型动态扩展裂纹的力学模型,推导了可压缩材料Ⅱ型动态扩展裂纹的本构方程.在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级r-1/(n-1).通过渐近分析求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近解,并采用打靶法求得了裂纹尖端应力、应变和位移的数值结果,给出了应力、应变和位移随各种参数的变化曲线.数值计算表明,弹性变形部分的可压缩性对Ⅱ型裂尖应力场影响甚微,而对应变场和位移场影响较大.裂尖场主要受材料的蠕变指数n和马赫数M的控制.当泊松比ν =0.5时,可以退化为不可压缩粘弹性材料Ⅱ型动态扩展裂纹.     

平面幂律塑性Ⅰ型裂纹尖端应力场全解

在航空航天、船舶、石油管道和核电等领域,服役结构或部件在长期极端条件下运行,不可避免地会产生裂纹,因此,为研究含裂纹结构的准静态断裂行为,必须了解裂纹尖端附近区域的应力应变场特点.对于幂律材料裂纹构元,研究平面应变和平面应力条件下Ⅰ型裂纹尖端应力场的解析分布.基于能量密度等效和量纲分析,推导了能量密度中值点代表性体积单元(representative volume element, RVE)的等效应力解析方程,并定义其为应力因子,进而针对有限平面应变和平面应力紧凑拉伸(compact tension, CT)试样和单边裂纹弯曲(single edge bend, SEB)试样,以应力因子作为应力特征量,并构造用于表征裂尖等效应力等值线的蝶翅轮廓式和扇贝轮廓式三角特殊函数,提出描述幂律塑性条件下平面I型裂纹尖端应力场的半解析模型.该半解析模型形式简单,对CT和SEB试样的裂尖应力场的预测结果与有限元分析的结果比较表明,两者之间均密切吻合,模型公式可直接用于预测Ⅰ型裂纹尖端应力分布,方便于断裂安全评价和理论发展.     

扩展裂纹尖端弹塑性场

本文通过对幂硬化材料中平面应变Ⅰ型裂纹的扩展过程进行精细的弹塑性有限元计算，给出扩展裂纹尖端附近环形区域内弹塑性场的分布。首次提出适用于扩展裂纹尖端环形区域的三项解。其中旨项为ＨＲＲ奇异解；第二项反映三轴应力的强弱；第三项与ＨＲＲ奇异性项相比还含有线性项，并指出：扩展裂纹尖端环形区域弹塑性应力应变场的分布和强弱可由Ｊ－Ｑ－ｋ＿２三参量刻划。此结论适用于不同试样几何，不同材料硬化指数以及由小范围屈服至全面屈服的不同屈服程度。     

弹塑性Ⅰ型裂纹端三维应力应变场的结构分析

本文从分析弹塑性力学的基本方程人手,探讨了幂硬化材料I型裂纹端三维应力应变场的结构,结果表明,按其应力特征,裂纹端沿厚度方向可划分为三个区域:ZⅠ,ZⅡ和ZⅢ,在区域ZⅠ,垂直于Z轴(厚度方向)的平面内应力分量可首先用平面应变条件下的基本方程求解,在区域ZⅢ,这些分量可首先用平面应力条件下的基本方程求解.本文定义区域ZⅡ为弹塑性Ⅰ型裂纹的过渡层,指出,过渡层是弹塑性Ⅰ型裂纹三维应力应变场的特性所在.对揭示其本质有特殊重要的意义.本文选择裂纹端张开位移(CTOD)作为描述局部解幅值系数的参数,并探讨了三维变形状态下,CTOD的分布规律.     

压电圆柱形夹杂对邻近裂纹三维应力场的影响

研究了压电复合材料薄板中压电圆柱形夹杂与邻近宏观钝裂纹间的相互作用.重点分析了外加电场、裂尖与压电圆柱形夹杂间韧带长度对裂尖三维应力场的影响.计算结果表明:在不同的外加电场作用下,压电体不仅能改变裂尖张开应力的大小,还能改变其分布.所得结果对进一步探讨线弹性介质中裂纹的启裂控制有参考价值.     

正交异性介质中定常扩展裂纹尖端应力,应变场

本文将正交异性材料视为理想弹塑性材料,采用R.Hill屈服准则及与之相关的流动法则,推导了平面应变Ⅰ型定常扩展裂纹的基本方程。在假定材料不可压缩的条件下,获得了泊桑系数间的相互关系v_(31) v_(32)=1,进一步还假定了v_(31)=G/(F G),v_(32)=F/(F G),因而获得了问题的分析解。结果表明,应变场具有ln(A/r)的奇异性。     

复合型裂纹应力场的研究及其应力强度因子的全息光弹性测定

本文应用复变函数解法,等出复合型中心裂纹板弹性应力场的精确解及主应力和与主应力差的精确表达式。通过与各自的奇异表达式比较,得到了主应力和与主应力差的远近场关系图谱。利用这些图谱以及全息光弹性试验所获得的远场等和线与等差线条纹,就能确定裂纹尖端的应力强度因子 K_Ⅰ,K_Ⅱ。实例表明:本法概念清晰、演算简便、精度较高。     

裂纹面无摩擦接触的弹塑性界面裂尖应力场

本文通过对弹塑性幂硬化双材料界面裂纹尖端应力场的高阶渐近分析，获得了裂纹面无摩擦接触的裂尖一阶和二阶应力场解答，位移场在界面处呈现交叉匹配是本文解答的一个重要特点．最后结果表明，当界面上下材料的硬化指数之差大于１时，（即ｎ１－ｎ２＞１时），二阶应力场角分布为一常数解，而当０＜ｎ１－ｎ２≤１时，二阶应力场角分布函数则随θ变化而变化。     

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。     

一个综合模糊裂纹和损伤的混凝土应变软化本构模型

本文研究就变软化材料的本构关系，提出了一个考虑损伤的粘塑性模型，损伤不仅影响材料的临界应力，而且影响材料的粘塑性，为模拟材料的应变软化行为，假设受损混凝土的破坏局部区域由模糊裂纹和损伤所统治，软化模量和局部区域尺度参量依赖于模糊裂纹扩展时释放的断裂能的参变量，用文中提出的模型计算了混凝土单轴压缩时不同应变速率下的瞬时应力应变响应以及等应力长期作用下的徐变，均得到很的结果。