扩展裂纹尖端塑性场

本文通过对幂硬化材料中平面应变Ｉ型裂纹的扩展过程进行精细的弹塑性有限元计算，给出扩展裂纹尖端附近环形区域内弹塑性场的分布。首次提出适用于扩展裂纹尖端环形区域的三项解。其中首项为ＨＲＲ奇异解；第二项反映三轴应力的强弱；第三项与ＨＲＲ奇异性项相比还含有线性项。并指出：扩展裂纹尖端环形区域弹塑性应力应变场的分布和强弱可由Ｊ－Ｑ－ｋ２三参量刻划，此结论适用于不同试样几何。不同材料硬化指数以及由小范围屈服至     

Ⅲ型扩展裂纹尖端场渐近解的研究

本文采用弹性-粘塑性模型对反平面剪切扩展裂纹问题进行了研究。文中通过对动态扩展问题和准静态扩展问题的分析得到了各自的渐近解,并且证明了准静态扩展解是动态扩展解的特殊情况,从而使二者统一起来。     

幂硬化弹塑性-刚性界面Ⅲ型定常扩展裂纹尖端的渐近场

对幂硬化弹塑性材料－刚性材料界面上裂纹以定常方式扩展的Ⅲ型问题进行弹塑性渐近分析，给出裂纹尖端的应力，应变和位移场解。通过数值计算，考察了不同Mach数以及裂纹尖端混合参数对场解的构造以及应力，应变分布的影响，为给出合理的断裂准则提供理论依据。     

幂软化损伤材料Ⅲ型动态裂纹尖端的渐近场

利用幂软化损伤模型，对Ⅲ型裂纹进行了详细的研究。给出了本构方程及渐近方程。位移、应变和应力用对数级数展开，揭示了场的渐近特性。其结果表明，应力和应变分别具有如下的奇异性：σ－（ｌｎＲ／ｒ）＾１／ｎ＋１，ε－（ＬｎＲ／ｒ）＾ｎ／ｎ＋１。     

粘弹塑性材料动态裂纹尖端场

本文采用一种弹性/粘塑性模型,对扩展裂纹尖端应力应变场进行了渐近分析。文中假定,弹性阶段的粘性效应可以略去,仅在塑性应变中粘性才起作用。对这种模型,文中导出了一种率敏感型的本构关系。并进一步导出了裂纹尖端应力应变场的动力学方程。通过量级分析,给出了尖端场的应力应变奇异性指数。并且讨论了弹性,塑性及粘性三者的匹配条件。对Ⅲ型裂纹进行了具体的分析计算。对各个不同参数的选取进行了详细的分析,讨论了解的性质随各参数的变化规律。     

幂硬化可压缩材料Ⅰ型动态裂纹尖端奇异场

研究了平面应变条件下幂硬化可压缩材料中定常扩展的Ⅰ型动态裂纹尖端应力应变奇异场．采用Ｊ２流动理论和场量直角坐标分量，得到了应力应变奇异性不同时的裂纹尖端渐近场，其中场量的角变化规律和理想弹塑性材料的完全相同     

Ⅱ型动态扩展裂纹尖端的弹黏塑性渐近场

考虑材料的黏性效应建立了Ⅱ型动态扩展裂纹尖端的力学模型,假设黏性系数与塑性等效应变率的幂次成反比,通过分析使尖端场的弹、黏、塑性得到合理匹配,并给出边界条件作为扩展裂纹定解的补充条件,对理想塑性材料中平面应变扩展裂纹尖端场进行了弹黏塑性渐近分析,得到了不含间断的连续解,并讨论了Ⅱ型裂纹数值解的性质随各参数的变化规律.分析表明应力和应变均具有幂奇异性,对于Ⅱ型裂纹,裂尖场不含弹性卸载区.引入Airy应力函数,求得了Ⅱ型准静态裂纹尖端场的控制方程,并进行了数值分析,给出了裂纹尖端的应力应变场.当裂纹扩展速度(M→0)趋于零时,动态解趋于准静态解,表明准静态解是动态解的特殊形式.     

稳恒扩展裂纹尖端的弹粘塑性场

采用弹粘塑性力学模型代替通常的弹塑性模型，对于I型和Ⅱ型问题，分别求得了不可压缩材料中平面应变动态扩展裂纹尖端的指数奇异性场和对数奇异性场，消除了弹塑性解中存在的塑性激波。通过数值计算，分别求得了两种奇异属性的分界线，建立起统一的裂纹尖端奇异性场。     

应变损伤材料I型动态扩展裂纹尖端场的渐近分析

研究了应变损伤材料Ｉ型动态扩展的裂纹尖端场。假定材料服从Ｊ２流动理论，且损伤规律以幂律应变软化的规律给出。对于塑性区引进了应力函数φ，ψ０借助于动力学方程的分析，给出了渐近方程及数值解。结果表明，对于可压缩材料Ｉ型平面应变尖端场是完全由塑性区组成，没有弹性卸载区。在裂纹尖端附近，应力和应变分别具有如下的奇异性：σ￣（ｌｎＲ／ｒ）＾－ｎ／ｎ＋１，ε￣（ｌｎＲ／ｒ）＾１／ｎ＋１。     

幂硬化可压缩材料Ⅰ型动态裂纹尖端奇异场

研究了平面应变条件下幂硬化可压缩材料中定常扩展的Ⅰ型动态裂纹尖端应力应变奇异场．采用Ｊ２流动理论和场量直角坐标分量，得到了应力应变奇异性不同时的裂纹尖端渐近场，其中场量的角变化规律和理想弹塑性材料的完全相同     

应变损伤材料平面应力动态裂纹尖端场的渐近解

采用塑性动力学方程,对应变损伤材料的平面应力动态裂纹尖端场进行了渐近分析。假定损伤规律服从反比例关系,对平面应力问题,导出了本构方程,并给出了动态弹塑性场的渐近解,揭示了场的渐近特性。     

弹塑性平面Ⅰ型裂纹应力场的一个摄动解析解

本文利用摄动方法,得到了幂硬化材料平面Ⅰ型裂纹端应力奇异场的一个解析表达式,并与HRR数值结果进行了比较。分析表明:当硬化指数在[1,∞)变化时,应力场的结构形式不发生变化,为三角函数的线性组合。在一定的幂硬化指数变化范围内,解析解是数值解的很好近似,对应力分量σ_(θθ)和σ_(vθ),这一特点尤为突出。该解析解形式简洁,明了,可为弹塑性断裂的工程应用提供方便。     

刚性-粘弹性材料界面Ⅰ型动态扩展裂纹的尖端场

裂纹尖端渐近场的研究是断裂力学研究的重要课题之一。为了研究粘性效应作用下的界面动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了刚性.粘弹性材料界面Ⅰ型动态扩展裂纹的力学模型;在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级,即(σ,ε)∝r-1/(n-1)。当n→∞,幂硬化粘弹性材料动态扩展裂纹尖端场与Freund给出的理想塑性材料动态扩展裂纹尖端场具有相近的奇异量级;结合运动和协调方程,推导出粘弹性材料动态扩展裂尖场的控制方程。根据问题的边界条件和连续条件,通过数值计算,得到了裂纹尖端连续的分离变量形式的应力、应变和位移场。数值计算表明,裂纹尖端场主要受材料的蠕变指数n和马赫数M的控制,这为解决工程实践中所遇到的相应的问题和建立材料的破坏准则提供理论的参考。     

VISCOPLASTIC SOLUTION TO FIELD AT STEADILY PROPAGATING CRACK TIP IN LINEAR- HARDENING MATERIALS

An elastic-viscoplastic constitutive model was adopted to analyze asymptotically the tip-field of moving crack in linear-hardening materials under plane strain condition. Under the assumption that the artificial viscosity coefficient was in inverse proportion to power law of the rate of effective plastic strain, it is obtained that stress and strain both possess power law singularity and the singularity exponent is uniquely determined by the power law exponent of the rate of effective plastic strain. Variations of zoning structure according to each material parameter were discussed by means of numerical computation for the tip-field of mode Ⅱ dynamic propagating crack, which show that the structure of crack tip field is dominated by hardening coefficient rather than viscosity coefficient. The secondary plastic zone can be ignored for weak hardening materials while the secondary plastic zone and the secondary elastic zone both have important influence on crack tip field for strong hardening materials. The dynamic solution approaches to the corresponding quasi-static solution when the crack moving speed goes to zero, and further approaches to the HR (Hui-Riedel) solution when the hardening coefficient is equal to zero.     

单边裂纹通电瞬间裂尖处应力场的复变函数解

本文应用复变函数中的Schwarz-Christoffel变换方法，在具单边裂纹的导电薄板通电瞬间温度场复变函数解的基础上，推导出用复变函数表示的应力场的表达式，并且给出算例，通过理论计算得知；当对具有单边裂纹的导电薄板通入适当密度的电流时，裂尖处温度急剧升高并熔化便裂尖变钝。同时，在裂尖周围形成了有利于遏制裂纹扩展的压应力场，有效地防止了裂纹沿其主方向和其它方向延伸。从理论上证明了电磁热效应在裂尖处产生高温形成焊口的同时，压应力场的形成是遏制裂纹扩展的主要因素之一。理论计算结果与实验结果比较吻合，为这一止裂方法的应用打下了理论基础。     

膨胀环实验平台及其在材料动力学行为研究中的应用

分析了目前膨胀环实验技术的研究现状,介绍了本课题组搭建的电磁膨胀环和爆炸膨胀环实验平台,着重介绍了其原理和主要性能参数。爆炸膨胀环实验中提出了一种新的爆炸丝起爆方式,电磁膨胀环平台中使用了一种先进的三电极开关实现电流截断。膨胀环的传统研究方向为材料的断裂行为、破片的统计规律、材料的动态拉伸本构等,本课题组将其拓展到材料在冲击拉伸加载下的损伤演化规律、裂纹的扩展速度等研究领域。本文对膨胀环平台的主要应用研究进行了一个较全面系统的总结概括,并指出今后膨胀环平台应用研究的主要方向。     

脆性PMMA带板中的动态裂纹传播实验

设计了一种研究裂纹在脆性带板(Strip)中传播行为的实验装置。将矩形无预制裂纹的脆性有机玻璃(PMMA)试件上下边固支,在万能试验机上施加拉伸载荷直到给定幅值,然后在试件侧边中央部位开启一个尖锐裂纹。由于预加的拉伸载荷作用,新开启的裂纹将沿试件中部快速传播,导致整个平板试件断裂。采用印刷在试件表面的导电断裂丝记录裂纹的动态传播历史。设计了一种逻辑电路,可将多达128路电阻丝的断裂信号转换为1路输出信号,使用高速波形记录仪测量该信号,得到裂纹传播距离与时间关系。对不同形状的试件施加不同幅度的预加载荷,完成断裂实验,确定了裂纹的稳定传播速度。通过大量实验,获得了材料中稳定裂纹速度v0与动态裂纹传播能Gc之间的关系。测试结果表明:PMMA的传播能Gc是传播速度v0的递增函数;当裂纹平均的稳定速度超过某一临界值时,出现明显的速度振荡。     

Comparison of Iterative Methods for Computing the Pressure Field in a Dynamic Network Model

In dynamic network models, the pressure map (the pressure in the pores) must be evaluated at each time step. This calculation involves the solution of a large number of nonlinear algebraic systems of equations and accounts for more than 80 of the total CPU–time. Each nonlinear system requires at least the partial solution of a sequence of linear systems. We present a comparative study of iterative methods for solving these systems, where we apply both standard routines from the public domain package ITPACK 2C and our own routines tailored to the network problem. The conjugate gradient method, preconditioned by symmetric successive overrelaxation, was found to be consistently faster and more robust than the other solvers tested. In particular, it was found to be much superior to the successive overrelaxation technique currently used by many researchers.