正交各向异性平面问题应力强度因子的边界元分析

本文给出了正交各向异性平面弹性问题的边界元方程，导出了常单元离散化时求系数的解析式。作为数值算例，计算了正交各向异性板的应力强度因子。结果表明，本文所导出公式的正确性。     

一种新的计算各向异性材料裂纹尖端应力强度因子杂交元法

利用有限元特征分析法研究了平面各向异性材料裂纹端部的奇性应力指数以及应力场和位移场的角分布函数,以此构造了一个新的裂纹尖端单元。文中利用该单元建立了研究裂纹尖端奇性场的杂交应力模型,并结合Hellinger-Reissner变分原理导出应力杂交元方程,建立了求解平面各向异性材料裂纹尖端问题的杂交元计算模型。与四节点单元相结合,由此提出了一种新的求解应力强度因子的杂交元法。最后给出了在平面应力和平面应变下求解裂纹尖端奇性场的算例。算例表明,本文所述方法不仅精度高,而且适应性强。     

正交各向异性平面断裂问题应力强度因子的边界元解法

本文研究单向复合材料或正交各向异性体平面断裂问题,构造了一个1/4节点混合参数应力奇异边界元,综合运用该元素与1/4节点等参边界元,提出了求解应力强度因子的混合边界元解法,用所述方法计算了含中心裂纹无限大与有限大正交各向异性板的应力强度因子,算例表明,本文所述方法不仅计算精度高,而且适应性强,便于工程应用。     

含半无限裂纹正交各向异性板插入刚性楔块应力强度因子的计算

本文通过对半无限正交各向异性平面Fourier变换,建立了一种特殊位移模式的应力场计算公式.解决了一外形轮廓曲线为f(χ)的刚性楔块插入半无限长裂纹问题,建立了求解分离坐标和应力强度因子的方程式.其特例均与各向同性体相应问题的解一致.     

正交各向异性板平面剪切型裂纹应力强度因子的复变—变分解法

1 引言为了改善计算的精度和效率并消除离散化所带来的力学模型不确定性,本文提供了求解具有内部裂纹的有限宽板平面剪切型应力强度因子的复变-变分解法.2 各向异性边缘裂纹板的应力与位移场由二维各向异性弹性理论,满足所有基本方程的应力与位移分量可以表达为如下形式     

用边界配置法计算带裂纹扭转杆的抗扭刚度和第三型应力强度因子

在开裂柱形杆的扭转问题中,取应力函数(?)(x,y)=u(x,y)-y~2,则u(x,y)是一个调和函数.按照调和函数u(x,y)在裂纹线上的值应为零这一条件作特征展开,而后利用边界配置法,使u(x,y)的边界条件近似满足.调和函数u(x,y)求出以后,便可以算出抗扭刚度D 和第三型应力强度因子K_Ⅲ.文中的特征展开形式不同于薛昌明所采用的特征展开形式.本文的特征展开形式和整个计算过程都比较简便.本文计算了:(1)两组开裂矩形截面杆的D 和K_Ⅲ(图3,4,5和6),结果和Westermann的计算结果相同.(2)三组开裂角钢的D 和K_Ⅲ(图8和图9),对于这种截面尚未见算过.(3)四组开裂圆轴的D 和K_Ⅲ(图11和图12),当单侧裂纹垂直于圆截面周边时,薛昌明得到了闭合形式的解,他的解答只能算出裂纹长度小于和等于半径的情况,而本文的数值解法并不受这个限制.当裂纹长度等于半径时,薛昌明所得为K_Ⅲ=0.5469T/R~(5/2),本文所得数值结果为K_Ⅲ=0.5468T/R~(5/2).其他三组,即裂纹和截面周边不垂直的情况,也未见算过.     

夹持边界下有限大板中心孔单边裂纹应力强度因子求解

为了进行试验机夹持条件下有限大板中心孔单边裂纹扩展寿命预测,需要建立夹持边界条件下应力强度因子K的求解方法。通过对试验机夹持边界条件的分析,将夹持边界条件等效为均匀拉伸与平面内弯矩的共同作用,并使得试件端部平面内转角等于0,从而建立了求解夹持边界下中心孔单边裂纹K的等效模型。首先采用权函数法计算纯弯载荷作用下中心孔单边裂纹的K;然后应用卡氏定理计算试件端部平面内转角,以端部平面内转角等于0为约束条件,得到了附加弯矩与均布拉伸载荷的关系;由线弹性断裂力学中的叠加原理得到了基于等效模型的夹持边界条件下K的近似解;为检验本文解的合理性,采用ABAQUS软件刚化模型的端部区域来模拟夹持边界条件,计算得到夹持边界条件下典型试件几何尺寸下的中心孔单边裂纹K数值解。对比本文解与数值解发现,二者的误差在2%范围内,验证了本文解的合理性。     

双材料界面裂纹应力强度因子的边界元分析

采用双材料基本解建立边界元法基本方程,计算双材料界面裂纹尖端附近的应用力和位移场。不离散界面,并设置面力奇异四分之一点裂尖单元以提高计算精度。数值结果表明,本文的方法具有较高的精度和效率。     

功能梯度材料开裂三点弯曲试件的裂纹端应力强度因子

本文利用能量释放率法计算功能梯度材料开裂三点弯曲试件的裂纹端应力强度因子。在给定力作用下算出裂纹长度为“a”和“a △a”时的二组解，解中包括集中力作用处的位移。从二组解中的相应位移改变值便可以决定出能量释放率。再从能量释放率可以算出裂纹端应力强度因子。本文用有限元方法计算开裂三点弯曲试件的位移。正因为利用了能量释放率法，即利用一种间接法来求裂纹端应力强度因子，从而可用常规有限元来解决问题。     

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...     

三维裂纹体应力强度因子的计算

本文采用塌缩三棱柱形奇异单元的位移计算应力强度因子，给出了一个新的全三维外推公式，它是Ｃｈｅｎ和Ｋｕａｎｇ公式〔１３〕的全三维推广，特例证明，它的精度比Ｉｎ－ｇｒａｆｆｅａ和Ｍａｎｕ的公式〔８〕高一阶。数值计算表明，结果稳定和对单元尺寸改变不敏感     

应用半权函数法计算界面裂纹的应力强度因子

应用半权函数法求解双材料界面裂纹的应力强度因子，得到以半权函数对参考位移与应力加权积分的形式表示的应力强度因子。针对特征值为复数λ的双材料界面裂纹裂尖应力和位移场，设置与之对应特征值为-λ的位移函数，即半权函数。半权函数的应力函数满足平衡方程，应力应变关系，界面的连续条件以及在裂纹面上面力为0；半权函数与裂纹体的几何尺寸无关，对边界条件没有要求。由功的互等定理得到应力强度因子KⅠ和KⅡ的积分形式表达式。本文计算了多种情况下界面裂纹应力强度因子的算例，与文献结果符合得很好。由于裂尖应力的振荡奇异性已经在积分中避免，只需考虑绕裂尖远场的任意路径上位移和应力，即使采用该路径上较粗糙的参考解也可以得到较精确的结果。     

焊趾表面裂纹应力强度因子计算的基本模式法

给出一个用来计算对接和角接焊接接头焊趾半椭圆表面裂纹在复杂应力场中，例如在残余应力场中，裂纹前缘应力强度因子（ＳＩＦ）分布的工程实用计算法——基本模式法。本文先通过高自由度的三维有限元分析，给出接头和裂纹几何参数Ｔ１／Ｔ、ａ／Ｔ、ａ／ｃ一系列组合的基本几何模型（文中给出２７种）在选定的基本应力模式（本文给出８种）作用下，沿裂纹前缘的ＳＩＦ分布，并形成一个数据库。利用这些基本模式解的插值和组合，可以非常迅速地求得一般几何参数情况下焊趾半随圆表面裂纹在复杂应力场中沿裂纹前缘的ＳＩＦ分布。在本方法中，可以考虑角接接头板厚比Ｔ１／Ｔ对ＳＩＦ分布的影响。计算过程极简单而迅速，因此特别适用于疲劳裂纹扩展行为及寿命计算问题。     

用焦散线—内插法确定光学各向异性材料的应力强度因子

本文采用内插法,将光学各向异性材料——双折射材料的焦散线问题转化成为“光学各向同性”材料的问题,进而用改进的 J.F.Kalthoff 方法来确定双折射材料应力强度因子 K_Ⅰ和 K_Ⅱ.文中以聚碳酸脂、环氧树脂为例进行了具体讨论,将得到的结果及文[7]中的结果一起与相应的理论计算值进行了比较.     

考虑摩擦作用闭合裂纹应力强度因子计算的边界元分区算法

本文采用边界元分区算法研究考虑摩擦的闭合裂纹问题,简单裂纹系问题及非均匀介质中裂纹问题.在裂纹尖端采用了1/4面力奇异单元,并对相应的奇异积分给出了数值处理.对于复杂载荷下裂纹面计算给出了增量迭代算法,并采用方程减缩技术使迭代仅在裂纹上进行.计算实例表明方法是可行的.     

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     

正交异性板Griffith裂纹应力强度因子K_Ⅰ~K_Ⅱ~的计算

首先证明用于计算正交异性板裂纹的 K_Ⅰ~*、K_Ⅱ~*因子的叠加原理.设 K_Ⅰ~*、K_Ⅱ~*是有裂纹的正交异性板中由面力(?)、(?)和体力 x、y 引起,则此板的应力σ_x、σ_y、τ_(xy)和 K_Ⅰ~*、K_Ⅱ~*必满足下列一     

用激光全息干涉法测量三维裂纹应力强度因子K

本文提出一种新的测量Ⅰ型裂纹应力强度因子K_I的方法。该方法首先利用Ⅰ型裂纹的对称性,通过力学的等价性来模拟裂纹,这样可以省去其它实验方法中须在试件上开出人工裂纹这一麻烦的步骤。其次,该方法利用了激光全息干涉技术来测量模拟裂纹的裂纹面的张开位移、由于激光干涉术有很高的灵敏度,因此可以提高测量应力强度因子 K_I 的精度。本文最后是利用裂纹面的干涉条纹,即裂纹面的张开位移的等高线图来得到Ⅰ型裂纹应力强度因子 K_I 的,在数据处理中,本文是依据 K_I 的位移定义式并运用多项式插值公式来得到 K_I 的。当然在数据处理中也可类似于光弹性方法用斜率法来得到 K_I。本文不仅论述了新的测试方法的各个环节的基本原理,而且作了一些初步的实验验证,初步尝试的结果表明该方法具有简便实用的特点,且有较高的精度。文中也指出了该方法的局限性,这就是说它不适用于Ⅱ、Ⅲ型裂纹.对于大多数Ⅰ型裂纹都可以使用该方法来测定 K_I,包括内埋裂纹,边裂纹,载荷包括拉、弯或拉弯复合。作为一种新的实验方法,本文所做的一些工作仅仅是开了个头。和其他实验方法一样,其完善与成熟还有待于今后的工作。