动、静摩擦对可接触型裂纹动态影响的一种算法

本文提出了一种分析考虑裂纹面摩擦影响的可接触型裂纹动力反应的时域显式计算方法，这一方法不但可以较好描述裂纹面之间碰撞过程，也能反映当裂纹面发生接触－滑移时，裂纹面间动、静摩擦力的影响．文中给出了使用这一方法的基本步骤，计算了无限大裂纹的动接触问题和直线型裂纹对入射Ｐ波的散射问题，初步验证了本文提出的方法．     

确定裂纹体等效弹性模量的边界元方法

采用边界元方法计算含有序分布裂纹的裂纹体在压缩载荷作用下的等效弹性模量，利用一种能适当考虑裂纹有间相作用的自洽理论，建立了相应的迭代格式，通过算例研究了裂纹方向，裂纹面间摩擦系数对裂纹体等效弹性模量的影响。     

复合材料结构的内部分层及其扩展

本文用接触观点分析了复合材料壳体结构的内部分层问题，建立了求解摩擦接触问题的有限元迭代格式，并采用释放率判据分析分层裂纹的扩展。分层裂纹前缘采用轴对称奇异单元，并了结构的大变形特性。计算表明，层间裂纹呈Ⅱ型扩展趋势。本文同时还分析了层间摩擦系数的影响，并指出分层将导致壳体结构承载能力显著下降。     

一种基于面-面局部搜索的接触算法

接触-碰撞算法是影响动态接触问题数值分析精度的重要因素,发展健壮、精确的局部搜索算法对提高数值模拟精度具有重要意义。为解决点-面接触搜索算法存在的盲区问题,提出了一种基于面-面的局部搜索算法,并发展了相应的接触力计算方法。新的接触算法以面心坐标与特征长度表征接触片,进行预搜索快速排除不会发生接触的潜在接触对;利用主从接触片的投影与侵入深度关系确定接触片间的接触状态;利用等参逆变换解析给出接触点,避免了方程组的迭代求解。典型算例与工程实例计算表明,本文算法消除了接触搜索的盲区,具有很好的健壮性与计算精度。     

一种边界元分析接触问题的快速迭代算法

弹性摩擦接触问题的接触状态和接触应力的分析需要进行迭代，迭代过程是很费机时的，采用一种快速迭代算法进行迭代计算，其迭代的计算机ＣＰＵ时间约为常用迭代方法时间的１／１０左右。     

一种基于面-面局部搜索的接触算法

接触-碰撞算法是影响动态接触问题数值分析精度的重要因素,发展健壮、精确的局部搜索算法对提高数值模拟精度具有重要意义。为解决点-面接触搜索算法存在的盲区问题,提出了一种基于面-面的局部搜索算法,并发展了相应的接触力计算方法。新的接触算法以面心坐标与特征长度表征接触片,进行预搜索快速排除不会发生接触的潜在接触对;利用主从接触片的投影与侵入深度关系确定接触片间的接触状态;利用等参逆变换解析给出接触点,避免了方程组的迭代求解。典型算例与工程实例计算表明,本文算法消除了接触搜索的盲区,具有很好的健壮性与计算精度。     

弹性波与单侧界面裂纹相互作用问题的边界元法

借助边界元法设计了一种迭代修正方法来求解单侧界面裂纹模型与弹性波的相互作用问题,作为对算法的检验,用这种方法我们具体地分析了平面简谐弹性波对一个单侧界面裂纹的入射,给出了裂纹面的接触形态及应力场.     

弹性波与单侧界裂纹相互作用问题的边界元法

措助边界元法设计了一种迭代修正方法来求解单侧界面裂纹模型与弹性波的相互作用问题,作为对算法的检验,用这种方法我们具体地分析了平面简谐弹性波对一个则界面裂纹的入射,给出了裂纹面的接触形态及应力场。     

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.     

基于互补理论和扩展有限元法的摩擦接触裂纹应力强度因子计算

从虚功方程出发,结合扩展有限元离散技术与接触条件的非线性互补表述,建立了摩擦接触裂纹问题的扩展有限元非线性互补模型,将不等式接触条件转化为非线性互补类的非光滑方程组,并采用基于广义导数的非光滑阻尼牛顿法求解方程组,无需引入任何额外人工变量以及迭代求解。以含中心倾斜裂纹平板和边裂纹平板为例,运用相互作用积分法计算摩擦接触裂纹的应力强度因子,将其结果与理论解进行对比分析,该方法都能给出精确的计算结果;基于扩展有限元方法对单轴压缩作用下倾斜裂纹扩展过程进行了数值模拟,计算结果表明,受压裂纹数值结果与实验结果比较吻合,从而验证了本文方法的有效性与正确性。     

微液滴在PDMS软基体表面的动态摩擦行为研究

通过固液界面摩擦力测试装置研究了微液滴在PDMS软基体表面运动时的动态摩擦学行为,并对微液滴体积、滑动速度及软基体力学性能对固液界面动态摩擦行为的影响进行了分析. 结果表明:微液滴在软基体表面运动时表现出最大静摩擦力和动态摩擦力. 最大静摩擦力与微液滴黏度和速度梯度呈正比,动态摩擦力与微液滴体积、滑动速度和基体力学性能有关. 随着微液滴体积的增加,三相接触线长度增加,动态摩擦力增加;随着相对滑动速度增加,三相接触线长度及接触角滞后增加,动态摩擦力增加;随着软基体弹性模量降低,固液界面黏附力增加,固液界面运动能量耗散增加,动态摩擦力增加. 研究结果可为PDMS软基体表面微液滴的精确驱动和运动参数优化提供理论指导,也可进一步丰富固液界面摩擦理论.      

Three-Dimensional Dynamic Contact Problem for an Elliptic Crack Interacting with a Normally Incident Harmonic Compression–Expansion Wave

The paper deals with the three-dimensional dynamic problem for an elliptic crack interacting with a normally incident harmonic compression–expansion wave, considering the contact interaction of the crack faces. An asymmetric solution is obtained using an iteration algorithm developed earlier. Numerical results are presented     

General Spatial Dynamic Problem for an Elliptic Crack under the Action of a Normal Shear Wave,with Consideration for the Contact Interaction of the Crack Faces

Consideration is given to the contact interaction of the faces of a stationary plane elliptical crack under the action of a harmonic shear wave normally incident on the crack surface. The dependence of the mode II and III stress intensity factors on the wave number is studied for different values of the friction coefficient     

Pitting formation under rolling contact

The mechanism of pitting caused by rolling contact is analyzed using the fracture mechanics approach. The governing factors are the initial crack length, crack angle, contact force, friction, strain hardened layer, and the hydraulic pressure of trapped fluid acting on the crack surface. Mode I and II stress intensity and the strain energy density factors are calculated by application of the two-dimensional finite element method. The strain energy density criterion is applied to show that shallow angle crack under small rolling contact force and friction enhances the probability of pitting under the roller’s running surface. The presence of a strain hardened surface layer also tends to affect the fracture behavior. The analytical results agree well with the experimental observations.     

Homogenization in non-linear dynamics due to frictional contact

This work is devoted to a study of the classical homogenization process and its influence on the behavior of a composite under non-linear dynamic loading due to contact and friction. First, the general problem of convergence of numerical models subjected to dynamic contact with friction loading is addressed. The use of a regularized friction law allows obtaining good convergence of such models. This study shows that for a dynamic contact with friction loading, the classical homogenization process, coupled with an homogenization of the frictional contact, enables replacing the entire heterogeneous model by a homogenized one. The dynamic part of the frictional contact must be homogenized by modifying the dynamic parameter of the friction law. Modification of the dynamic parameter of the friction law is function of the type and regime of instability. A calculation of a homogenized friction coefficient is presented in view to homogenizing the static part of the frictional contact when the friction coefficient is not constant over the contact surface. Finally matrix and heterogeneities stresses in the heterogeneous models are identified by using the relocalization process and a frictional contact dynamic analysis of a homogeneous model.     

磨合过程中液体润滑实现超低摩擦的混合模型研究

针对球-盘滑动试验,在磨合过程中获得超低摩擦的液体润滑状态,建立耦合流体润滑、粗糙接触力学、Archard磨损方程和相关物理参数(液体黏度、表面粗糙度和磨损系数)时变函数的混合模型,研究磨合过程中液体润滑的摩擦系数演化.通过数值模拟结果可知：在磨合过程中,润滑介质等效黏度增大,形成流体动压润滑薄膜,有效隔开粗糙表面;其次在磨合过程中,新生成的表面粗糙度降低,减少粗糙峰承载比,实现超低摩擦润滑状态;最后在适当的液体黏度和提高表界面效应减少边界摩擦系数,可进一步实现液体超低摩擦润滑状态.为磨合过程宏观液体润滑性能演化所建立的混合数值模型对提高液体润滑超低摩擦设计效率具有重要价值意义.     

考虑侧面摩擦的侧限压缩模型的数值解法

海上箱筒型基础结构下沉到位后,舱内土体的受力变形可以看作是侧限压缩模型问题,上部荷载引起的侧壁摩擦力与土体应力之间的关系较为复杂。本文通过简化模型,列出了侧限压缩模型的平衡微分方程,分析了方程解析计算时存在的难点,结合摩擦应力边界条件的特点,构造函数迭代法对该方程进行数值求解,展示了计算的收敛过程,得到接触侧面上水平应力和土体表面位移的非线性分布规律,并将其结果与ABAQUS数值模拟结果进行了对比。结果表明,函数迭代法收敛速度较快,计算过程稳定,对其他存在变量耦合边界条件的微分方程数值求解有一定的参考价值。     

水工圆形隧洞围岩衬砌摩擦滑动接触的新解法

在实际工程中,围岩和衬砌接触时,它们之间并非完全光滑,也并非可以承受任意大的摩擦力.如果围岩与衬砌之间的剪应力大于所能承受的最大静摩擦力,接触面间将发生切向滑动,定义接触面上产生最小滑动量的状态为衬砌的真实工作状态,这种接触即为摩擦滑动接触.以库仑摩擦模型模拟围岩和衬砌之间的摩擦滑动接触,在考虑支护滞后效应的前提下,利用平面弹性复变函数方法列出了应力边界条件、应力连续条件以及位移连续条件的方程,再结合最优化理论,建立了具有一般性的摩擦滑动接触解法.在利用混合罚函数法求解最优化问题的过程中,减少了设计变量的个数,极大地简化了优化模型,提升了优化过程的迭代速度以及优化结果的精度.以此为基础,获得了围岩和衬砌相互作用下圆形水工隧洞的应力解析解.该方法可以求解光滑接触和完全接触两种极限情况,具有一般性.同时,利用一种精确的计算方法得到了不同情况下满足完全接触条件摩擦系数的阈值,还分析了衬砌和围岩边界上切向应力的变化规律.     

Dynamic analysis of two-dimensional frictional contact by linear complementarity problem formulation

Two-dimensional dynamic contact is formulated as a linear complementarity problem using contact compatibility conditions and the Coulomb friction law. For the time integration of dynamic response, displacements are approximated as second-order polynomials and a new scheme of considering velocity discontinuities is presented. The efficiency of the method is shown with three numerical examples.