等厚双层涂层材料受集中力作用的平面问题理论解

界面应力的正确评价是分析薄膜涂层材料力学特性的难题之一。利用镜像点法和Dirichlet等值性原理，本文推导了等厚双层薄膜涂层材料受表面集中力作用的平面问题理论解。该显式理论解是以固定在各镜像点上的局部坐标系下的Goursat应力函数的形式给出的。对应于高阶镜像点的应力函数，可通过递推的方法，从对应于低阶镜像点的应力函数求得，而且也易于计算机编程。随着镜像点阶数的增大，它与界面的距离也越来越大，因而相对应的应力函数对界面应力的影响越来越小。最后的算例表明，只需考虑前面有限个镜像点，便可获得足够精度的解。该理论解可作为格林函数，以求解复杂问题的理论解，也可用作边界元法的基本解，提高数值计算的精度和效率。     

板材自由表面受法向集中力时的理论解

基于三维轴对称弹性理论,利用镜像点方法,给出了无限板表面受法向集中力作用的显式理论解.该解可用作格林函数,来求解分布力的问题.由于板的两个表面的反复映射,载荷点的镜像点有无穷多个.严密解是以固定在各镜像点的局部坐标系下的位移函数的和的形式给出的.但只需考虑前几个镜像点,就可获得足够精确的解.关于各镜像点的位移函数,是以递推形式给出的,易于计算机编程.     

双材料叠合简支梁受均布载荷作用时的解析解

采用弹性力学的应力函数法,分析了上表面受均布载荷作用的上下层弹性模量和高度不同的双层叠合简支梁,对简支端提出了两种等效边界条件,得到了相应的两种解析解。运用有限元分析软件ANSYS,对不同组合的钢-铝双层叠合简支梁进行了数值计算,并与解析解进行了比较。结果表明:两种等效边界条件仅对弯曲正应力和位移有影响,对挤压应力和切应力没有影响;两种解析解的相对误差在1.2%以内;当跨高比超过6时,最大应力的解析解与有限元解的误差在4.4%以内;上下层对调后,两层中的应力基本不变;当上下层之间有摩擦时,弯曲正应力的外侧值大于内侧值,上、下层的中性层都由相应的几何中面向接触面偏移。     

集中力作用下铝合金材料内部柱状缺陷检测的研究

工程中,构件的内部会因为各种原因不可避免地存在各种损伤或缺陷。本文通过弹性力学理论给出含柱状缺陷的铝合金材料在受到集中力作用下的离面位移场。同时运用电子散斑干涉方法成功地测量出试件缺陷覆盖层在受到集中力情况下的离面位移。理论和实验结果对比表明,利用电子散斑干涉术技术能够精确地测量含缺陷材料表面的离面位移。此实验方法可以作为一种新型的探测物体内部缺陷所处的位置和大小的评估办法。     

薄膜涂层材料界面纯剪破坏标准试验法的开发

界面强度是薄膜涂层材料的最重要的性能指标之一，目前尚缺乏有效的测量方法。测量界面强度的主要困难在于寻求一种便于试验的试件形状和加载方式，使得界面上能够产生不同的应力状态，即在不同的剥离应力和剪应力比的状态下发生破坏。本文采用有限元数值分析（ABAQUS），研究了几种具有简单几何形状的试件的界面应力，并基于大量的数值试验，设计了剪应力为破坏支配因素的试件形状和加载方式，并且给出了便于应用的最大界面剪应力的经验估算公式。该经验公式可以适用于各种材料组合和薄膜涂层的厚度。研究结果表明，通过对薄膜涂层材料试件的基体引入缺口以产生应力集中，进行普通的四点弯曲试验，可以进行剪应力占支配地位的界面破坏试验。利用本文提出的试件形状和相应的最大界面剪应力经验公式，可以通过破坏试验简单地得到界面的剪切强度。     

表面涂层材料的残余应力测量技术

本文采用电测盲孔法测定表面涂层材料残余应力的测量技术，在试件和表面涂层结构上进行测试．大量试验表明，此方法可靠、有效，可在工程实际中使用，为解决表面涂层“爆裂”等问题，提供了有效的测定残余应力的手段     

涂层/基体材料界面结合强度测量方法的现状与展望

界面结合强度是涂层/基体材料体系中的一项重要力学性能指标.而表征与评价涂层/基体材料的界面结合强度又得依靠实验 方法的测定.由于涂层/基体材料体系的多样性与复杂性, 至今还没有形成适合于测量这类材料的界面结合强度的标准方法. 目前, 常用来测量涂层/基体材料的界面结合强度的方法有：拉伸法、剪切法、弯曲法、划痕法、压入法等.本文就目前表征 与评价涂层/基体材料界面结合强度的测量方法做了综述, 讨论了它们的适用范围, 比较了它们的优势与不足.     

梯度材料二维轴对称问题的弹性解析解

为了研究梯度材料在静荷载下的响应,首先推导出极坐标下轴对称问题的相容方程;再通过选取特殊的应力函数和弹性模量简化该方程,得到了弹性模量呈幂函数形式分布的梯度圆环内、外受均布压力问题的弹性解;在此基础上,引入接触条件,推得均布荷载下双层梯度圆筒和具有梯度界面层的双材料圆筒的弹性解;最后对各解析解进行了算例分析。分析结果表明:对于双层梯度圆筒,材料的梯度分布不改变其应力正负,并能使筒内应力分布更均匀,缓解应力集中;但对于具有梯度界面层的双材料圆筒,并非梯度层厚度越大应力状态越理想,也存在周向正应力虽然更加平均,最大应力值却有所提升的情况。     

基于小波包能量特征的薄膜涂层材料界面缺陷检测法

目前国际上对薄膜涂层界面缺陷尚缺乏有效的探伤方法.本文基于薄膜涂层材料中波传播的模型,考察了在涂层表面施加冲击脉冲激发表面波,测取涂层表面各点的动态特性,结合波形分析技术进行界面缺陷检测的可行性.通过有限元模拟分析产生脉冲载荷并且激发表面波,对涂层表面接收的加速度波响应信号进行小波包数学变换,提取小波包相对能量谱变化率指标,发现加速度信号的小波包相对能量谱变化率指标在存在界面缺陷的区域有显著的变化,并且在缺陷中心区域效果最明显,而且该指标对不同薄膜厚度界面缺陷的具有敏感性,可以通过该指标较准确的判断裂纹的位置和尺寸.此项研究可以为开发薄膜涂层界面缺陷的无损检测方法提供一定的理论基础.     

薄膜涂层材料中币形界面裂纹的弹性波散射

研究了薄膜涂层材料中币形界面裂纹的弹性波散射问题,建立了含有币形界面裂纹的覆层半空间模型,采用Hankel积分变换,将裂纹对弹性波散射的问题转化为求解矩阵形式的奇异积分方程。结合渐近分析和围道积分技术得到积分方程的解,进一步推导了散射波的应力场和位移场,以及动应力强度因子的理论计算公式。在数值算例中,分析了不同材料组合和裂纹尺寸情况下动应力强度因子与入射波频率的关系,并给出了裂纹张开位移的结果。为薄膜涂层材料的动态破坏分析提供了一定的理论基础。     

三维粘弹性层状半空间埋置集中荷载动力格林函数求解—修正刚度矩阵法

针对三维粘弹性层状半空间埋置集中荷载作用下动力响应计算,在柱面坐标下,结合径向Hankel和周向Fourier变换,提出了一种新的求解方法修正刚度矩阵法.方法首先固定荷载所在层的上下界面,在空间波数域内,由波动方程的特解和齐解叠加得到“固端”反力.进而放松两“固端约束”,利用直接刚度法容易求得各层面位移.荷载作用层内反应另需叠加上该“固定层”内解,其中特解部分积分由全空间解析解代替,由此解决了当接收点和源点作用水平面接近时异常积分收敛问题.算例分析表明,对于低频(可退化为静力状态)和高频问题,论文方法均具有很高的计算效率和精度.     

THE ELASTIC SOLUTION OF CONCENTRATED FORCE ACTING IN ORTHOGONAL ANISOTROPIC HALF-PLANE AND CON-STANT ELEMENT FUNDAMENTAI FORMULAE OF BOUNDARY ELEMENT METHOD

In this paper, the elastic solutions of concentrated force acting in orthogonal anisotropic half-plane are derived by imaginal method and the formulae of coefficient matrix for constant element are put forward. To solve half-plane problems numerically by BEM, this paper provides the necessary formulae. Because the expressions of fundamental solutions are very simple, the object functions could be obtained for every integral of constant element and higher order element of indirect BEM. Thus, the procedure of integration could be avoided in calculation program     

含界面效应纳米尺度圆环形涂层中螺型位错分析

研究了纳米尺度圆环形涂层(界面层)中螺型位错与圆形夹杂以及无限大基体材料的干涉效应.涂层与夹杂的界面和涂层与基体的界面均考虑界面应力效应.运用复势方法,获得了三个区域复势函数的解析解答.利用求得的应力场和Peach-Koehler公式,得到了作用在螺型位错上位错力的精确表达式.主要讨论了界面应力对涂层(界面层)中螺型位错运动和平衡稳定的影响规律.结果表明,界面应力对界面附近位错的运动有大的影响,由于界面应力的存在,可以改变涂层内位错与夹杂/基体干涉的引斥规律,并使位错在涂层内部产生三个稳定或非稳定的平衡点.考虑界面效应后,有一个额外的排斥力或吸引力作用在位错上,使原有的位错力增加或减小.     

奇性校正特解场法计算任意点应力和位移

本文将边界应力积分方程中的强奇性边界积分化为Ｃａｕｃｈｙ主值积分，证明了该主值积分的存在性，并给出它在变量替换中的比尺附加项显式；运用刚体位移法和单位应力场法将强奇性主子块和应力奇性系数矩阵表为同行副子块的线性组合，再配用极坐标变换和适当的数值求积计算各副子块。本法无论对平面问题还是空间问题，是光滑边界点、侧棱点还是角点，有限域或无限域，受载还是变温，都一概适用，而且可以扩展用来计算近边界点，公式统一，程序通用，数值效果良好。     

AN ASYMPTOTIC METHOD FOR ANALYZING THE STRESS IN A FUNCTIONALLY GRADIENT MATERIAL LAYER ON A SURFACE OF A STRUCTURAL COMPONENT

A simple and effective method for analyzing the stress distribution in a FunctionallyGradient Material(FGM)layer on the surface of a structural component is proposed in this paper.Generally,the FGM layer is very thin compared with the characteristic length of the structural compo-nent,and the nonhomogeneity exists only in the thin layer.Based on these features,by choosing asmall parameter λ which characterizes the stiffness of the layer relative to the component,and expand-ing the stresses and displacements on the two sides of the interface according to the parameter λ,thenasymptotically using the continuity conditions of the stresses and displacements on the interface,a de-coupling computing process of the coupling control equations of the layer and the structural componentis realized.Finally.two examples are given to illustrate the application of the method proposed.     

三维基体裂纹与界面垂直接触的线奇异分析

使用三维断裂力学的超奇异积分方程方法,对两相材料中出现的三维基体裂纹与材料分界面垂直接触的应力线奇异问题作了理论分析,求得了线奇异界面应力的表达式     

BEM SOLUTION OF THE 3D INTERNAL NEUMANN PROBLEM AND A REGULARIZED FORMULATION FOR THE POTENTIAL VELOCITY GRADIENTS

The direct boundary element method is an excellent candidate for imposing the normal flux boundary condition in vortex simulation of the three-dimensional Navier–Stokes equations. For internal flows, the Neumann problem governing the velocity potential that imposes the correct normal flux is ill-posed and, in the discrete form, yields a singular matrix. Current approaches for removing the singularity yield unacceptable results for the velocity and its gradients. A new approach is suggested based on the introduction of a pseudo-Lagrange multiplier, which redistributes localized discretization errors—endemic to collocation techniques— over the entire domain surface, and is shown to yield excellent results. Additionally, a regularized integral formulation for the velocity gradients is developed which reduces the order of the integrand singularity from four to two. This new formulation is necessary for the accurate evaluation of vorticity stretch, especially as the evaluation points approach the boundaries. Moreover, to guarantee second-order differentiability of the boundary potential distribution, a piecewise quadratic variation in the potential is assumed over triangular boundary elements. Two independent node-numbering systems are assigned to the potential and normal flux distribu- tions on the boundary to account for the single- and multi-valuedness of these variables, respectively. As a result, higher accuracy as well as significantly reduced memory and computational cost is achieved for the solution of the Neumann problem. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

三维含裂纹有限大体剪切型应力强度因子能量释放率方法的封闭解

本文利用能量释放率法,导出三维含裂纹有限大体剪切型应力强度因子的封闭解。这种方法非常节省机时,可获得大量K_Ⅱ和K_Ⅲ的有用结果,所得结果与现有少量结果基本吻合。