INVESTIGATION OF THE DYNAMIC BEHAVIOR OF TWO COLLINEAR ANTI-PLANE SHEAR CRACKS IN A PIEZOELECTRIC LAYER BONDED TO TWO HALF SPACES BY A NEW METOHD

IntroductionItiswell_knownthatpiezoelectricmaterialsproduceanelectricfieldwhendeformedandundergodeformationwhensubjectedtoanelectricfield .Thecouplingnatureofpiezoelectricmaterialshasattractedwideapplicationsinelectro_mechanicalandelectricdevices,suchaselectro_mechanicalactuators,sensorsandstructures.Whensubjectedtomechanicalandelectricalloadsinservice,thesepiezoelectricmaterialscanfailprematurelyduetodefects,e .g .,cracks,holds,etc.arisingduringtheirmanufactureprocess.Therefore,itisofgreatimp…     

双材料界面裂纹复应力强度因子的正则化边界元法

双材料界面裂纹渐近位移和应力场表现出剧烈的振荡特性,许多用于表征经典平方根(r1/2)和负平方根(r?1/2)渐近物理场的传统数值方法失效,给界面裂纹复应力强度因子(K1+iK2)的精确求解增加了难度.引入一种含有复振荡因子的新型"特殊裂尖单元",可精确表征裂纹尖端渐近位移和应力场的振荡特性,在避免裂尖区域高密度网格剖...     

奇异积分方程在裂纹体弹性波散射问题中的应用

结合２０多年来国内外的研究成果，评述奇异积分方程在裂纹体弹性波散射问题中的应用，特别是在界面裂纹散射问题中的应用．讨论如何将裂纹散射问题归结为奇异积分方程、如何用数值法求解这些方程等问题，并指出奇异积分方程法与其他积分方程法的关系．最后展望了奇异积分方程在裂纹体散射问题中可能的应用前景     

星形裂纹的应力分析

利用复变函数的方法, 通过构造适当的保角映射研究了星形裂纹的平面弹性问题,给出了裂纹尖端I型与II型问题应力强度因子的解析解.并由此模拟出了经典的Griffith裂纹,共点均匀分布三裂纹,十字裂纹,对称八裂纹问题.      

用子域边界元法研究各向异性材料中的界面裂纹

用子域边界元法研究各向异性材料中的界面裂纹，在边界元公式中，采用了带特征根的基本解，以增量形式的边界积分方程为基础，通过二次等参元及国分之一面力奇异远离散化处理，可以得到各子域的代数方程组，依据凝集技术，可得到仅含有子域公共边界及裂纹边界未知量的求解方程组，通过迭代法，可以寻求到每种载荷作用下的裂纹所处的真实状态，然后，由文献「２」中的方法求解界面裂纹的应力强度因子。结果表明，子域边界方法是正确的     

THE CONSTITUTIVE RELATION OF CRACK-WEAKENED ROCK MASSES UNDER AXIAL-DIMENSIONAL UNLOADING

An accurate and efficient numerical method for solving the crack-crack interaction problem is presented. The method is mainly by means of the dislocation model, stress superposition principle and Chebyshev polynomial expansion of the pseudo-traction. This method can be applied to compute the stress intensity factors of multiple kinked cracks and multiple rows of periodic cracks as well as the overall strains of rock masses containing multiple kinked cracks under complex loads. Many complex computational examples are given. The dependence of the crack-crack interaction on the crack configuration, the geometrical and physical parameters, and loads pattern, is investigated. By comparison with numerical results under confining pressure unloading, it is shown that the crack-crack interaction under axial-dimensional unloading is weaker than those under confining pressure unloading. Numerical results for single faults and crossed faults show that the single faults are more unstable than the crossed faults. It is found from numerical results for different crack lengths and different crack spacing that the interaction among kinked cracks decreases with an increase in length of the kinked cracks and the crack spacing under axial-dimensional unloading.     

双周期裂纹压电材料反平面剪切问题断裂力学分析

研究压电材料双周期裂纹反平面剪切与平面电场作用的问题．运用复变函数方法，获得了该问题严格的闭合解，并由此给出了裂纹尖端应力强度因子和电位移强度因子的精确公式．数值算例显示了裂纹分布特征对材料断裂行为的重要影响．叠间小裂纹能够对主裂纹的应力和电位移场起着屏蔽作用，相反行间小裂纹却起着放大作用，至于钻石形分布裂纹的影响规律则更为复杂．对于某些特殊情形给予了解答并导出一系列有意义的结果。     

NUMERICAL SIMULATION OF CRACK GROWTH OF REINFORCED CONCRETE FLEXURAL MEMBERS BASED ON XFEM1)

基于最大主应力准则,利用扩展有限元法对钢筋混凝土三点弯曲梁的裂纹扩展进行数值模拟。通过与已有模型试验结果的比对,验证了该方法的准确性与有效性。研究发现,带裂纹钢筋混凝土构件的裂纹扩展与力学性能不但受到单裂纹的尺寸、位置、倾角的影响,而且还受多裂纹间位置关系的影响;其中,裂纹横向分布位置和裂纹纵向分布位置是影响带裂纹钢筋混凝土梁裂缝扩展的主要因素。     

INVESTIGATION OF ANTI-PLANE SHEAR BEHAVIOR OF TWO COLLINEAR CRACKS IN PIEZOELECTRIC MATERIALS BY A NEW METHOD

In this paper, the interaction between two collinear cracks in piezoelectric materials under anti-plane shear loading was investigated for the impermeable crack face conditions. By using the Fourier transform, the problem can be solved with two pairs of triple integral equations. These equations are solved using Schmidt's method. This process is quite different from that adopted previously. This study makes it possible to understand the two collinear cracks interaction in piezoelectric materials. The authors are grateful for financial support from the Post-Doctoral Science Foundation and the Natural Science Foundation of Heilongjiang Province.     

开裂孔隙材料渗透率的细观力学模型研究

采用细观力学方法对含随机裂纹网络的孔隙材料渗透性进行研究.开裂孔隙材料渗透性的影响因素包括裂纹网络的密度、连通度、裂纹的开度以及孔隙材料基体渗透性.对于不连通的裂纹网络,该文采用已有的相互作用直推法(interaction direct derivative,IDD)的理论框架,引入裂纹的密度$\rho$和裂纹开度比$b$,提出了裂纹夹杂$\!$-$\!$-$\!$基体两相复合材料渗透率的IDD理论解.对于部分连通裂纹网络,考虑局部裂纹团内部各个裂纹对有效渗透率的相互放大作用,引入裂纹网络的连通度$f$,定义与连通度相关的水平裂纹密度$\rho^{h}$,按照增量法将表征连通特征的水平裂纹嵌入有效基体中,以此方式来考虑裂纹夹杂间的相互搭接,提出了考虑裂纹连通特征的扩展IDD理论解,分别考虑了基体材料渗透率$K_{m}$、裂纹密度$\rho $、裂纹开度比$b$以及与连通度$f$相关的$\rho ^{\rm h}$.最后通过对有限区域内含随机裂纹网络孔隙材料渗透过程的有限元模拟分别验证了不连通和部分连通裂纹网络扩展IDD模型的适用性:(1)当裂纹不连通时,由于基体对流体渗透的阻隔作用,裂纹的开度对有效渗透率影响不大;(2)当裂纹部分连通时,裂纹密度分别小于1.1(无关联裂纹网络,分形维数为2.0)、1.2(关联裂纹网络,分形维数为1.75)时,扩展IDD模型能够很好地估计开裂孔隙材料的有效渗透率,但是随着裂纹进一步扩展,最大裂纹团主导作用凸显,扩展IDD模型不再适用.      

基于势能显式基面力元法的再生混凝土细观裂缝研究

为研究再生混凝土内部微裂纹演变过程与再生骨料取代率、骨料分布及骨料形状的关系,建立再生骨料取代率为0％,30％,50％,70％及100％的二维圆形及任意凸多边形随机骨料模型,通过势能显式基面力元法模拟位移控制模式的单轴压缩试验.结果表明:基面力元法可以用于研究再生混凝土等非均质材料的细观断裂损伤;单轴受压时内部微裂纹首...     

考虑混凝土塑性耗散的CDM-XFEM裂缝计算方法

混凝土结构在服役期间受外界载荷的影响容易产生裂缝, 导致结构刚度降低、构件承载性能衰退, 而采用准确的计算方法预测混凝土裂缝的发展是治理裂缝的基本前提, 也是保障结构安全的重要手段. 连续损伤力学方法(continuou damage method, CDM)能够描述微裂缝的扩展过程, 但不能表示离散的开裂面, 且存在网格诱导偏差及虚假应力传递的弊端, 扩展有限单元法(mechanics-extended finite element method, XFEM)能够描述宏观裂纹的扩展过程, 但不能反映微裂缝的动态扩展, 两者计算出的裂纹分布与实际差异均较大. 现有的CDM-XFEM方法已经能够模拟混凝土微裂缝及宏观裂缝发展的整个过程, 但忽略了宏观裂缝出现时混凝土产生的塑性应变, CDM与XFEM的能量转化过程欠缺平衡性. 因此, 本文重点考虑能量转化时的塑性耗散, 选取指数型函数为粘结裂缝的牵引-分离模式, 基于能量及应力等效的条件重新构建了CDM与XFEM之间的能量转化方程. 采用广义逆最小二乘法求解能量转化系数, 确定能量转化时的临界位移, 并给出了裂缝面水平集的更新算法及整体计算方法的程序流程. 以双切口混凝土受剪拉开裂试验为例, 采用多种裂缝计算方法与试验进行了对比. 结果表明, 采用考虑混凝土塑性耗散的CDM-XFEM方法算出的裂缝分布及拉力-张开位移曲线与试验结果差异最小, 说明采用考虑混凝土塑性耗散的CDM-XFEM计算方法能够更好地计算混凝土裂缝.      

裂隙挤喷流对孔隙介质排水体积模量的影响

实际岩石比如沉积形成的岩石往往是裂隙和孔隙并存的孔隙介质. 由于扁状的裂隙与近似球形或圆管形的孔隙具有不同的可压缩性,当孔隙介质受压时,液体会从易压缩的裂隙中挤出流入不易压缩的孔隙中,这种挤喷流会引起弹性模量的频散和能量的耗散. 着重研究了裂隙挤喷流和液体可压缩性对孔道变形的影响,推导出了动载荷作用下排水体积模量的表达式. 与挤喷流相关的裂隙附加柔度会引起排水体积模量随频率变化,使得孔隙介质呈现黏弹性. 频率越高,模量的实部越大,岩石抵抗变形的能力越强. 而模量的虚部体现了挤喷流对能量的耗散. 裂隙密度主要决定模量频散的幅度以及能量耗散的强度,且裂隙密度越大,模量频散幅度越大,能量耗散也越强. 裂隙的纵横比主要决定模量频散速率最快或能量耗散最强时对应的特征频率. 若孔隙介质中不含有裂隙,即裂隙密度是0时,排水体积模量退化为Biot理论中的排水体积模量.     

ELASTIC SH WAVE PROPAGATION IN PERIODIC LAYERED COMPOSITES WITH A PERIODIC ARRAY OF INTERFACE CRACKS

The interaction of anti-plane elastic SH waves with a periodic array of interface cracks in a multi-layered periodic medium is analyzed in this paper. A perfect periodic structure without interface cracks is first studied and the transmission displacement coefficient is obtained based on the transfer matrix method in conjunction with the Bloch-Floquet theorem. This is then generalized to a single and periodic distribution of cracks at the center interface and the result is compared with that of perfect periodic cases without interface cracks. The dependence of the transmission displacement coefficient on the frequency of the incident wave, the influences of material combination, crack configuration and incident angle are discussed in detail. Compared with the corresponding perfect periodic structure without interface cracks, a new phenomenon is found in the periodic layered system with a single and periodic array of interface cracks.     

集中力作用下含尖孔无限域的反平面剪切问题

论文采用了一种新的方法求解含孔元发域的反平面剪切问题，以闭合形式导出了在集中力作用下，孔口尖点的应力强度因子表达式。同时，给出了对称翼状尖孔、内摆线状尖孔、震状尖孔及圆孔径向边裂纹的应力强度因子，其结果在理论上和应用中都具有重要的意义。     

多级板块缝隙中脉动压力传播过程数值研究

基于一维瞬变流模型，对高坝下游水垫塘内多级底板块缝隙层中的脉动压力传播机理进行了数值研究，详细地分析了不同板块缝隙层中脉动压力的变化特征，以便为水垫塘底板块的受力分析提供科学依据．     

表面裂纹蠕变分析的蠕变线弹簧模型方法

鉴于用通常的数值方法分析三维蠕变裂纹问题的困难,提出了一个三维表面裂纹蠕变断裂力学参量分析的蠕变线弹簧模型方法,并在非稳态蠕变条件下的位移、裂纹尖端J积分和C积分的工程估算公式及弹塑性线弹簧模型的基础上,建立了蠕变线弹簧模型方法的有关基本方程．具体分析计算了受均匀拉伸表面裂纹平板的J积分和C积分,并与三维有限元解进行了比较,其结果吻合良好．研究结果为进一步研究三维表面裂纹的蠕变扩展及寿命预报提供了基础．     

软硬岩互层边坡崩塌机理及治理对策研究

基于无限大弹性基体深埋椭圆形片状裂纹的变形场,推导了椭圆形片状裂纹的能量释放率, 采用能量平衡方法建立了椭圆形片状裂纹承受拉应力和剪应力时的复合断裂准则. 考虑裂纹 在拉-剪应力作用下的偏折扩展,分析了裂纹的偏折方向,提出了椭圆形片状裂纹发生偏折扩 展时的初始偏折位置的确定方法.     

INTERACTION OF THREE PARALLEL CRACKS IN RECTANGULAR PLATE UNDER CYCLIC LOADS

This paper presents a numerical approach for modeling the interaction between multiple cracks in a rectangular plate under cyclic loads. It involves the formulation of fatigue growth of multiple crack tips under ruixed-mode loading and an extension of a hybrid displacement discontinuity method （a boundary element method） to fatigue crack growth analyses. Because of an intrinsic feature of the boundary element method, a general growth problem of multiple cracks can be solved in a single-region formulation. In the numerical simulation, remeshing of existing boundaries is not necessary for each increment of crack extension. Crack extension is conveniently modeled by adding new boundary elements on the incremental crack extension to the previous crack boundaries. As an example, the numerical approach is used to analyze the fatigue growth of three parallel cracks in a rectangular plate. The numerical results illustrate the validation of the numerical approach and can reveal the effect of the geometry of the cracked plate on the fatigue growth.