面内裂纹扩展问题的虚拟裂纹闭合法和离散内聚力模型

论文介绍了处理面内裂纹扩展问题的两种断裂单元,分别为处理线性问题的VCCT哑节点断裂单元和处理非线性问题的DCZM断裂单元.并与有限元软件ABAQUS的断裂单元相对比,以验证其计算准确性和对网格、步长等不敏感性,以及计算效率高等特点.     

黏弹性功能梯度材料裂纹问题的有限元方法

针对组分材料体积含量任意分布的黏弹性功能梯度材料裂纹问题建立有限元分析途径. 通过Laplace变换,将黏弹性问题转化到象空间中求解,基于反映材料非均匀的梯度单元和裂纹尖端奇异特性的奇异单元计算象空间中的位移、应力和应变场,应用虚拟裂纹闭合方法得到应变能释放率,分别由应力和应变能释放率确定应力强度因子. 给出这些断裂参量在物理空间和象空间之间的对应关系,由数值逆变换求出其在物理空间的相应值. 文中分析两端均匀受拉的黏弹性边裂纹板条,首先针对松弛模量表示为空间函数和时间函数乘积的特殊梯度材料进行计算,结合对应原理验证方法的有效性. 然后分析组分材料体积含量具有任意梯度分布的情形,由Mori-Tanaka方法预测象空间中的等效松弛模量. 计算结果表明,蠕变加载条件下,应变能释放率随时间增加,其增大程度与黏弹性组分材料体积含量相关. 由于梯度材料的非均匀黏弹性性质,产生应力重新分布,导致应力强度因子随时间变化,其变化范围与组分材料的体积含量分布方式有关.     

光滑边域连续-非连续细胞自动机在裂纹开裂扩展中的应用

针对岩石裂纹开裂扩展问题,将应变光滑技术与连续-非连续细胞自动机方法相结合,构建了非连续裂纹贯穿单元和裂纹尖端单元光滑应变场,提出快速自适应光滑边域连续-非连续细胞自动机方法.构建了裂纹面位移非连续精细表征的非连续增强形函数,建立了裂纹贯穿单元和裂纹尖端单元的光滑应变矩阵求解方法,利用高斯散度定理将单元的区域积分转换为光滑域边界线积分,推导给出了光滑边域连续-非连续细胞自动机应变矩阵计算表达式,并提出了快速自适应更新方法,建立了加速因子随元胞更新而同步更新的自适应加速算法,基于此,最佳加速因子随更新自动获得,收敛速度较传统细胞自动机方法得到极大提高.利用C++编制了分析计算程序,针对多裂纹开裂扩展过程进行了模拟,并与扩展有限元进行了比较.研究发现,光滑边域连续-非连续细胞自动机方法在解的精确性、稳定性和收敛性上较扩展有限元有显著优势.     

双拉试样裂纹扩展过程中的应力强度因子计算

论文将使用一种界面单元来解决二维裂纹的静态扩展问题.这种界面单元基于虚拟裂纹闭合法,利用商业有限元软件ABAQUS的用户自定义单元UEL功能,发展为界面断裂单元,计算应变能释放率(GⅠ和GⅡ).在裂纹尖端的两个节点间设置一个特殊刚度的弹簧,并引入哑节点计算裂纹尖端后面的张开位移和裂纹尖端前面的虚拟裂纹扩展量.采用这种单元计算应变能释放率时不需要使用奇异单元或折叠单元,不会出现收敛问题,也不需要复杂的后续处理.因此,采用这种断裂单元分析二维裂纹扩展问题是方便的、高效率的,而且也能得到可靠的精度.     

基于虚拟节点连接的道路网络模型

利用传统的基于节点连接的道路网络模型来表达真实世界中的道路网络,其存在的缺陷越来越突出,大大降低了导航系统的鲁棒性。为了消除这些缺陷,提出一个新的道路网络模型,即基于虚拟节点连接的道路网络模型;其虚拟节点是汇交路段的各个端点所围成的区域,具有真实道路路口的形状。与传统模型相比,该模型更能表达真实世界道路网络中的交通流,所以它能更好地满足地图匹配理论要求。另外,该模型能很好地表达真实道路路口参数,所以它在交通规划、交通管理和交通流模拟中都有着十分广阔的应用前景。     

基于微裂纹界面摩擦生热的点火模型

开展了基于微裂纹界面摩擦生热的细观点火模型研究,采用有限元方法对包含化学反应放热和摩擦生热的热传递方程进行了离散求解,计算模型中考虑了炸药颗粒熔化对升温过程的影响。着重分析了点火模型中主要参数(热点尺度、应变率和界面压力)对炸药点火的影响规律。数值研究表明,随着热点尺度的增大,热点的温度上升越快,越容易发生点火;应变率越大或者界面压力越高,热量积累越快,炸药越容易点火。

     

裂纹尖端弹塑性变形的实验测量与有限元计算

用显微网格数字图像处理方法，测量了Ｆｅ－Ｓｉ材料平面应力条件下Ⅰ型单边裂纹尖端附近的应变场，并且用弹塑性有限元程序进行了数值模拟。对实测结果和有限元计算模拟结果进行了对比分析。结果表明：逐级更新拉格朗日坐标体系下的弹塑性有限元计算在裂纹尖端不出现严重钝化和损伤的条件下，可以正确反映裂尖区域的弹塑性变形。在裂纹接近临界扩展时，有限元计算与实测结果之间有较大差别，其原因有待进一步研究。     

基于半光滑牛顿法的润滑液膜有限元空化算法

针对润滑液膜中空化问题,引入Fischer-Burmeister函数,提出一种求解满足质量守恒雷诺方程的半光滑牛顿迭代算法.该算法将空化问题的非线性互补关系转化为等式约束方程,避免了迭代计算中的不等式约束识别问题.算法可将空化约束方程与雷诺方程、力平衡方程、变形方程等同时纳入牛顿迭代方程组,有效解决了传统松弛迭代算法需要多重嵌套循环带来的效率低下问题及压力与膜厚的强耦合性带来的收敛困难问题.计算实例表明,该算法计算效率高、收敛性好,且易应用于弹流润滑分析中,在滑动轴承和机械端面密封等多种物理模型下均有良好的适用性.     

一种基于SERR法的拟合裂纹呼吸模型

根据断裂力学理论,采用SERR法对含横向裂纹转轴的裂纹呼吸行为进行了研究.采用函数逼近的方法,将转轴旋转过程中裂纹的呼吸行为对刚度的影响规律拟合为一个周期函数,提出了一种描述裂纹呼吸行为的拟合模型,并讨论了裂纹深度变化对呼吸行为的影响.结果表明:拟合的裂纹呼吸模型考虑了裂纹呼吸行为的非线性特征与有限元以及实验结果更接近;在a/R<0.5情况下裂纹深度的变化对裂纹呼吸行为的变化规律影响较小,动力学仿真研究时可以忽略这种影响,只考虑刚度的变化.     

无虚拟节点的有限元界面协调技术

分析了罚函数虚拟节点位移协调法,在此基础上提出了无虚拟节点罚函数位移协调法,推导了该界面协调技术的耦合公式,解决了网格突变情况下的位移协调问题,从而协调了计算精度与效率间的矛盾。通过算例分析,验证了其合理性,结果表明所提出的方法的刚度矩阵具有对称性、带状性,同时该法还有精度高、计算效率高等优点。     

含中心裂纹压电体的二维精确解

解析地研究了含中心裂纹的压电体，它在无穷远处承受机电载荷，并在裂面上满足由Parton和Kudryavtsev以及Hao和Shen提出的绝对电边界条件。在平面应变假设下，给出其二维精确解，并提供了机械应变能释放率和裂尖能量释放率等数值结果。考虑工业应用范围之内常用的远场载荷时，由绝对电边界条件得出的能量释放率表现出明显的非线性特征及载荷相关性，而不是完全与电场无关，这一结论与Xu和Rajapakse在较小载荷下得到的规律不同。     

改进的虚裂纹闭合技术及其在复合材料脱层分析中的应用

提出一种改进的虚裂纹闭合技术（ＶＣＣＴ）对轮胎带束（一咱复合材料结构）不同脱层长度下的应变能释放率进行了计算。将强度裂纹闭合的位移作了一种可变约束施加在变形后的裂纹尖端,约束反力作了裂纹尖端力计算,应变能释放率由裂纹尖端力和约束位移的乘积得到。该方法的优点是简便易行,在物理理解上直观,实施起来方便。本文就用该技术对带束脱层进行了断裂力学分析,给出数值结果,并对带束的脱层寿命进行了评价。     

A Mode- II Griffith Crack in Decagonal Quasicrystals

By using the method of stress functions, the problem of mode-II Griffith crack in decagonal quasicrystals was solved. First, the crack problem of two-dimensional quasicrystals was decomposed into a plane strain state problem superposed on anti-plane state problem and secondly, by introducing stress functions, the18 basic elasticity equations on coupling phonon-phason field of decagonal quasicrystals were reduced to a single higher-order partial differential equations. The solution of this equation under mixed boundary conditions of mode-II Griffith crack was obtained in terms of Fourier transform and dual integral equations methods. All components of stresses and displacements can be expressed by elemental functions and the stress intensity factor and the strain energy release rate were determined. Biography: GUO Yu-cui (1962-), Associate professor, Doctor     

复合材料分层断裂判据及扩展准则研究

针对现有层间开裂判据及扩展准则未考虑断裂模式耦合性的现状,本文提出了基于模式混合度的复合材料分层断裂判据及扩展准则。依此模型计算了蒙皮/凸缘复合材料加筋层合板结构的分层扩展行为。计算结果表明,所提出的开裂判据及扩展准则能够较好的预测蒙皮/凸缘复合材料加筋层合板结构的断裂力学行为,所得结果对确定含损伤复合材料加筋层合板结...     

动态拉伸及动态循环加载实验技术

本文介绍了多种动态拉伸及动态拉-压循环加载实验技术,并对各自的优缺点及应用作了简要的评述.     

Research for the strain energy release rate of complex cracks by using point-by-point closed extrapolation approach

IntroductionTheresearchforcalculatingstrainenergyreleaserateisaveryimportanttaskforsolvingfracturemechanicsproblems.Inthepreviouscalculationforenergyreleaserate,externalforceworkwassubtractedbystrainenergy ,whichisthemethodoffreeenergy[1],thenodalforcesandnodaldisplacementsbetweentopandbottomsurfacesofcrackwasalsousedtocalculateenergyreleaserate[2 - 5 ].Theyarebothapproximatecalculations.Theformeriscomplex ,althoughtherearesomeadvisablefeaturesindefinition ,andawholecalculationforstrainenergy …     

基于有限元方法对人工径向裂纹薄圆板振动辐射声场的研究

在有限元模态分析的基础上，提取了含人工径向裂纹的周界固定薄圆板各单元的相关参数，并将瑞利积分离散化后进而计算了裂纹圆板辐射声场的轴向声压分布和r=0．5m球面上声场指向性。结果表明，径向裂纹不仅使模态裂解为关于裂纹的对称模态和反对称模态，而且使声场分布有显著的变化。通过完整圆板辐射声场计算验证了本文提出方法的正确性。可用于求解任意形状穿透裂纹薄圆板辐射声场的计算。     

35CrMo合金钢疲劳短裂纹扩展规律的试验研究

本文通过试验研究了35CrMo 合金钢三点弯曲试样疲劳短裂纹的扩展特性;用电测法得到了裂尖处的载荷—应变标定关系。试验结果表明,短裂纹的扩展速率正比于局部应力幅的幂次和裂纹长度,即 da/dN=A(?),可以较好地描述疲劳短裂纹的扩展规律。     

Crack energy density of a piezoelectric material under general electromechanical loading

Crack energy density is considered and used as a possible fracture parameter in piezoelectricity under arbitrary electromechanical remote loads. The closed-form solution of a crack in a piezoelectric infinite plate subjected to general static electromechanical loading is obtained through a method alternative to the more common Stroh’s formalism. This analytical method, which is based on the spectral theorem of linear algebra, involves a transformation of similarity induced by the fundamental matrix in order to express the equations governing the problem in terms of complex potentials. The application of the mechanical boundary condition of stress-free crack and of one of the three considered electric boundary conditions (impermeable, permeable or semipermeable) leads then to the formulation of a Hilbert problem whose solution yields the stress and displacement fields. The crack energy density factors for mixed mode are then calculated under different mechanical and electrical loadings, as well as under different electric boundary conditions. The non-singular terms of the stress expressions are retained as well. The definition of the minimum energy density fracture criterion, as proposed by Sih, is given, and the influence of load biaxiality and positive or negative applied electric field on the criterion results is analyzed. The prediction of the incipient branching angle as from the energy density approach is also compared to that arising from the maximum circumferential stress theory for a mixed mode loading condition. Numerical results and graphs are presented and discussed for a PZT-4 piezoelectric ceramic.