三维体内含垂直于双材料界面混合型裂纹的超奇异积分解法

利用双材料位移基本解和Somigliana公式,将三维体内含垂直于双材料界面混合型裂纹问题归结为求解一组超奇异积分方程。使用主部分析法,通过对裂纹前沿应力奇性的分析,得到用裂纹面位移间断表示的应力强度因子的计算公式,进而利用超奇异积分方程未知解的理论分析结果和有限部积分理论,给出了超奇异积分方程的数值求解方法。最后,对典型算例的应力强度因子做了计算,并讨论了应力强度因子数值结果的收敛性及其随各参数变化的规律。     

双材料中平片裂纹问题的超奇异积分方程解法

利用三维断裂力学的超奇异积分方程方法,对双材料空间中重直于界面的平片裂纹Ⅰ型问题进行了研究。首先根据双材料空间的弹性力学基本解,使用边界积分方程方法,在有限部积分的意义下导出了以裂纹面位罗间断为未知函数的超奇异积分方程,并为其建立了数值法。在此基础上,讨论了用裂纹面位移问题计算应力强度因子的方法。最后用此计算了几个典型的Ⅰ型下片裂纹问题的应力强度因子,其数值结果令人满意。     

三维无限体中两平行平片裂纹相互干扰的超奇异积分方程解法

本文利用三维断裂力学的超奇异积分方程求解理论，对三维无限体中两平行平片裂纹在任意载荷作用下的相互干扰问题作了研究。首先导出了以裂纹面移间断（位借）为未知函数的超奇异积分方程组，然后为其建立了有限积分边界元法；在此基础上，讨论用了裂纹面位移间断计算应力强度因子的方法，最后用此计算了两平行平片裂纹的相对位置对裂前沿应力强度因子的影响，其数值结果令人满意。     

纤维增强复合材料圆柱型界面裂纹分析

以裂纹面上的位错函数为未知量将圆柱型界面裂纹问题化成一组奇异积分方程的求解问题．应用Ｍｕｓｋｈｅｌｉｓｈｖｉｌｉ的奇异积分方程理论，分析了圆柱型界面裂纹尖端应力场．针对裂纹尖端分别存在和不存在接触区两种情况，确定了裂纹尖端应力场的奇异性．利用数值方法计算了圆柱型界面裂纹尖端接触区尺寸对剪应力强度因子的影响．     

一种基于直接计算高阶奇异积分的断裂力学双边界积分方程分析法

相对于有限元法,边界单元法在求解断裂问题上有着独特的优势,现有的边界单元法中主要有子区域法和双边界积分方程法.采用一种改进的双边界积分方程法求解二维、三维断裂问题的应力强度因子,对非裂纹边界采用传统的位移边界积分方程,只需对裂纹面中的一面采用面力边界积分方程,并以裂纹间断位移为未知量直接用于计算应力强度因子.采用一种高阶奇异积分的直接法计算面力边界积分方程中的超强奇异积分;对于裂纹尖端单元,提供了三种不同形式的间断位移插值函数,采用两点公式计算应力强度因子.给出了多个具体的算例,与现存的精确解或参考解对比,可得到高精度的计算结果.      

多个共面任意分布表面裂纹的应力强度因子

采用线弹簧模型求解多个共面任意分布表面裂纹的应力强度因子。基于Ｒｅｉｓｓｎｅｒ板理论和连续分布位错思想,通过积分变换方法,将含有多个共面任意分布表面裂纹的无限平板问题归结为一组Ｃａｕｃｈｙ型奇异积分方程。利用Ｇａｕｓｓ－Ｇｈｅｂｙｓｈｅｖ笔法获得了奇异积分方程的数值解。为验证本文法的正确性,文中最后给出了有关应力强度因子或Ｐ－Ｖ曲线的数值结果并与现有的理论结果或实验结果进行了对比。结果表明了连续位     

各向异性平面含斜裂纹的奇异积分方程方法

本文应用平面弹性复变方法，将无限各向异性平面中的任意斜裂纹问题归结为求解一组解析函数边值问题，通过构造适当的积分变换将边值问题转化为奇异积分方程，进而应用Lobotto-Chebyshev数值求积公式，求出该奇异积分方程的数值解，并得到了应力强度因子的近似表达式，最后，给出了一些实例的数值结果，对特例的数值结果与精确结果进行比较，吻合的很好。     

轴对称环形片状界面裂纹问题分析

讨论受拉伸载荷作用的轴对称环形片状界而裂纹问题．该问题归结为求解一组超奇异积分-微分方程．方程中的未知位移间断近似表示为基本密度函数与多项式之积,其中基本密度函数考虑到问题的对称性用二维界面裂纹精确解表示．在圆形片状裂纹的情况下,数值结果与现有理论解作比较的结果表明,数值结果与相应界面圆形片状裂纹和均质体圆形片状裂纹的精确解均吻合得很好．文中以图表形式给出应力强度因子与材料组合和几何条件之间的关系．     

椭圆平片裂纹前沿应力强度因子解析解的超奇异积分方程方法

对无限大三维均质弹性体中任意平片裂纹的超奇异积分方程,巧妙地引入椭球坐标系和利用裂纹表面位移间断人有平方根的特性,获得了受任意方向均布压力作用下椭圆平片裂纹问题的超奇异积分方程的解析解。运用这些解析解和应力强度因子的定义,得到了裂纹前沿Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型和应力强度因子的精确表达式,所得结果与现有精确解完全一致。     

三维界面裂纹的奇性应力场和应力强度因子分析

使用有限部积分概念和极限方法得到了三维平片界面裂纹的超奇异积分－微分方程组后,进一步利用二维超奇异积分主部分析方法,对裂纹前沿的应力场作了理论分析,并获得了其奇性应力场和裂纹面位移间断表示复位应力强度因子的精确表达式,为三维平片界面裂纹的超奇异积分－微分方程组的求解建立了数值方法,并分析了界面椭圆平片裂纹问题,和现有解比较,所得数值结果令人满意。     

Finite-part integral and boundary element method to solve three-dimensional crack problems in piezoelectric materials

Using the hypersingular integral equation method based on body force method, a planar crack in a three-dimensional transversely isotropic piezoelectric solid under mechanical and electrical loads is analyzed. This crack problem is reduced to solve a set of hypersingular integral equations. Compare with the crack problems in elastic isotropic materials, it is shown that for the impermeable crack, the intensity factors for piezoelectric materials can be obtained from those for elastic isotropic materials. Based on the exact analytical solution of the singular stresses and electrical displacements near the crack front, the numerical method of the hypersingular integral equation is proposed by the finite-part integral method and boundary element method, which the square root models of the displacement and electric potential discontinuities in elements near the crack front are applied. Finally, the numerical solutions of the stress and electric field intensity factors of some examples are given.     

垂直磁压电材料界面三维裂纹的超奇异积分法

应用有限部积分概念和广义位移基本解，垂直于磁压电双材料界面三维复合型裂纹问题被转 化为求解一组以裂纹表面广义位移间断为未知函数的超奇异积分方程问题. 进而，通过主部 分析法精确地求得裂纹尖端光滑点附近的奇性应力场解析表达式. 然后，通过将裂纹表面 位移间断未知函数表达为位移间断基本密度函数与多项式之积，使用有限部积分法对超奇异 积分方程组建立了数值方法. 最后，通过典型算例计算，讨论了广义应力强度因子的变化规 律.     

压电材料中三维I型断裂力学分析

讨论了不可导通情况下三维横观各向刚性压电材料中受拉伸和电载荷作用的平片裂纹Ⅰ型断裂力学问题．使用自限部分概念，从二维线性压电理论出发，严格得到了一组以裂纹面位移间断和电势间断为未知变量的超奇异积分方程组；应用二维超奇异积分的主部分析法，从理论上分析得到了裂纹前沿应力和电势奇性指数以及应力和电位移奇性场，从而找到了以裂纹面位移间断和电势间断表示的应力和电位移强度因子、能量释放率表达式；为所得到的超奇异积分方程组建立了数值法，并用此计算了若干典型的平片裂纹问题，数值结果令人满意．     

磁电热弹耦合材料三维多裂纹超奇异积分法

用超奇异积分方程法将多场耦合载荷作用下磁电热弹耦合材料内含任意形状和位置三维多裂纹问题转化为求解一以广义位移间断为未知函数的超奇异积分方程组问题,退化得到内含任意形状平行三维多裂纹问题的超奇异积分方程组;推导出平行三维多裂纹问题的裂纹前沿广义奇异应力场解析表达式、定义了广义(应力、应变能)强度因子和广义能量释放率;应用有限部积分概念及体积力法,为超奇异积分方程组建立了数值求解方法,编制了FORTRAN程序,以平行双裂纹为例,通过典型算例,研究了广义(应力、应变能)强度因子随裂纹位置、裂纹形状及材料参数变化规律,得到裂纹断裂评定准则. 最后,分析了裂纹间干扰、屏蔽作用及其在工程实际中的应用.      

ANALYSIS OF A TRANSIENT ELASTODYNAMIC CRACK IN PIEZOELECTRIC MATERIALS USING A SINGULAR INTEGRAL EQUATION METHOD

利用广义Betti-Rayleigh 互易公式给出了二维压电材料非渗透裂纹问题的一般解和奇异积分方程,其中未知函数为裂纹上的位移间断和电势间断的导数. 在理论分析的基础上,使用高斯-切比雪夫求积公式及Lubich 卷积积分方法建立了问题的数值求解方法,并给出典型算例的广义动应力强度因子随时间变化的规律.     

A study on stress intensity factors and singular stress fields of three-dimensional interface crack

By using the finite-part integral concepts and limit technique, the hypersingular integrodifferential equations of three-dimensional (3D) planar interface crack were obtained; then the dominant-part analysis of 2D hypersingular integral was further used to investigate the stress fields near the crack front theoretically, and the accurate formulae were obtained for the singular stress fields and the complex stress intensity factors. After that, a numerical method is proposed to solve the hypersingular integrodifferential equations of 3D planar interface crack, and the problem of elliptical planar crack is then considered to show the application of the method. The numerical results obtained are satisfactory. Project supported by the Foundation of Solid Mechanics Open Research Laboratory of State Education Commission at Tongji University and the National Natural Science Foundation.     

三维断裂力学的超奇异积分方程方法

本文利用有限部积分的概念和方法,严格地证明了三维弹性体中受任意载荷作用的平片裂纹问题的超奇异积分方程组,并对未知解的性态作了理论分析,得到了性态指数,在此基础上通过主部分析,精确地求得了裂纹前沿光滑点附近的奇性应力场,从而找到了以裂纹面位移间断(位错)表示的应力强度因子表达式,最后对所得的超奇异积分方程组建立了数值法,并用此计算了若干典型的平片裂纹问题,数值结果令人满意。     

Finite-part integral and boundary element method to solve flat crack problems

Using the Somigliana formula and the concepts of finite-part integral, a set of hypersingular integral equations to solve the arbitrary fiat crack in three-dimensional elasticity is derived and its numerical method is then proposed by combining the finitepart integral method with boundary element method. In order to verify the method, several numerical examples are carried out. The results of the displacement discontinuities of the crack surface and the stress intensity factors at the crack front are in good agrernent with the' theoretical solutions.     

Application of hypersingular integral equation method to three-dimensional crack in electromagnetothermoelastic multiphase composites

A three-dimensional crack problem in electromagnetothermoelastic multiphase composites (EMTE-MCs) under extended loads is investigated in this paper. Using Green’s functions, the extended general displacement solutions are obtained by the boundary element method. This crack problem is reduced to solving a set of hypersingular integral equations coupled with boundary integral equations, in which the unknown functions are the extended displacement discontinuities. Then, the behavior of the extended displacement discontinuities around the crack front terminating at the interface is analyzed by the main-part analysis method of hypersingular integral equations. Analytical solutions for the extended singular stresses, the extended stress intensity factors (SIFs) and the extended energy release rate near the crack front in EMTE-MCs are provided. Also, a numerical method of the hypersingular integral equations for a rectangular crack subjected to extended loads is put forward with the extended displacement discontinuities approximated by the product of basic density functions and polynomials. In addition, distributions of extended SIFs varying with the shape of the crack are presented. The results show that the present method accurately yields smooth variations of extended SIFs along the crack front.