边界元法分析狭长体结构

针对边界元法分析狭长结构时遇到的几乎奇异积分难以计算的困难，将几乎奇异积分划分为两种类型，分别通过分部积分交换把引起积分几乎奇异的参量移至积分号之外，从而建立了一个新的正则化算法，解决了边界积分方程中几乎奇异积分的计算难题。文中用边界元法计算了弹性力学平面问题的狭长结构，算例证明了本法的有效性。     

狭长缺口根部萌生的小裂纹扩展分析

根据伴随着小裂纹延展过程中不同力学参数相互作用的分析研究基础之上,我们就疲劳小裂纹的扩展特性进行了分析,根据不扩展裂纹性质对小裂纹的长度范围进行了讨论,探讨了狭长缺口根部萌生的小裂纹扩展速率, 并研究了不扩展裂纹形成机理,推演出不扩展裂纹长度计算方法,发展出一种预测小裂纹扩展行为的方法,借助这种方法可以实现裂纹萌生寿命的预测,与疲劳设计相结合可以进一步提高构件安全性与可靠性．不扩展小裂纹的长度可以通过计算定量得到,它与材料的疲劳极限、裂纹门槛值及缺口尺寸等参数紧密相关．以理论数据为依据,可以设计出针对一定材料及尺寸的试样,使其在一定荷载条件下不扩展裂纹长度达到宏观可观测的范围,进而降低小裂纹测量方面的技术难度,进一步验证不扩张裂纹形成机理．     

用Fourier积分变换解各向异性体中心穿透裂纹平面问题

带中心穿透裂纹的各向异性体均质模型的平面问题迄今仅见于复变函数方法的求解,如文献[1]。本文从断裂力学的数学研究出发,用Fourier积分变换来求解这一问题,由于处理上的技巧,使得问题的求解大为简化,所得结果与文献[1]完全相同。本文可供复合材料断裂力学的数学研究作参改。     

共线裂纹体尺寸对应力强度因子的影响

本文在文献[1]的基础之上,用文献[2]中提出的奇异准谐调元,进一步对二维裂纹体几何尺寸对一对共线裂纹应力强度因子的影响进行了大量的数值计算和研究,给出了计算表格、拟合曲线以及经验公式,定量地分析了裂纹体几何尺寸对共线裂纹应力强度因子的影响。为工程中的裂纹体的脆性断裂分析与评定,提供了必要的计算依据。     

小角裂纹应力强度因子的权函数解

本文把作者近年来发展的三维权函数法推广应用于平板角裂纹问题,计算了含小角裂纹的平板受远方拉伸及弯曲载荷下的应力强度因子,所提供的解答覆盖了疲劳断裂的研究及工程应用中所关心的小角裂纹的范围。本文的解与文献中的有限元结果进行了广泛的比较,两者之间有极好的一致性。     

不均匀裂纹体疲劳裂纹扩展的实验研究和分析

本文提出了裂纹在硬区的软对硬不均匀裂纹体的力学分析模型.疲劳实验研究表明,这种不均匀性影响疲劳裂纹扩展速率.文中的疲劳载荷下不均匀裂纹体的边界元数值计算结果表明,随着疲劳裂纹的扩展,在相同扩展步下,裂纹距软硬区界面越近,裂纹张开位移的幅值△COD 越小,J 积分幅值△J 亦越小.不均匀性对疲劳裂纹扩展速率的影响,主要通过影响△J 来实现.裂纹与软硬区界面的距离越近,疲劳裂纹扩展速率越小.     

集中力作用下含尖孔无限域的反平面剪切问题

论文采用了一种新的方法求解含孔元发域的反平面剪切问题，以闭合形式导出了在集中力作用下，孔口尖点的应力强度因子表达式。同时，给出了对称翼状尖孔、内摆线状尖孔、震状尖孔及圆孔径向边裂纹的应力强度因子，其结果在理论上和应用中都具有重要的意义。     

平面界面横向裂纹反对称问题的精确解

在反平面及平面对称情形的精确解的基础上严格地求出了平面界面横向裂纹反对称问题的精确解. 在裂纹的两端, 求出了应力强度因子的精确解.      

三维有限裂纹体分析

基于胡海昌教授提出的一类不含强奇异积分的新型面力边界积分方程,针对含平面裂纹三维有限体问题给出了的数值分析和半解析数值分析裂式.文中对含圆裂纹或裂纹系的厚板、圆柱,以及含垂直于表面的椭圆裂纹的矩形板等有关问题进行了具体求解,求得了相应的应力强度因子.将文中计算结果与已有结果比较表明,该方法具有较高的精度,而计算量较小.     

测定裂纹快速扩展速度的断裂丝栅法

本文描述了测试裂纹快速扩展速度的断裂丝棚法,采用记忆存贮示波器和计算机自动数据采集和记录系统以及采用自制的 GLC-1型高速裂纹扩展速度测试仪分别测试了300Mn 钢材料的动态裂纹扩展速度,结果吻合良好.     

含内埋裂纹的板条瞬态响应分析

利用线弹簧模型求解了阶跃载荷作用下含内埋裂纹的无限长板条问题,对采用基于线弹簧模型的解析方法求解三维裂纹动态问题作了有益的探索.定性解释了动态线弹簧采用静态线弹簧本构关系的可行性,通过积分变换方法,导出了描述内埋裂纹板条动态问题的Cauchy型奇异积分方程.进行了数值计算,对模型应用的合理性作了理论解释,并对内埋裂纹板条瞬态响应的影响因素作了细致的分析.     

半无限板边缘裂纹的权函数解法与评价

权函数法是求解裂纹体在任意受载条件下的应力强度因子和裂纹面位移等断裂力学参量的高效、高精度方法,与有限元等数值方法相比,在求解效率和可靠性方面均具有明显优势.针对半无限板边缘裂纹,系统分析了在国际断裂力学界较有代表性的Wu-Carlsson、Glinka-Shen和Fett-Munz三种解析形式的权函数法,进而以在远端均匀加载下的半无限板边缘裂纹面位移Wigglesworth解析解导得的权函数及其对应的格林函数解(即裂纹面受一对单位集中力作用下的应力强度因子)为基准,沿整个裂纹长度对3种权函数的精度逐点进行比较,并与文献中基于其他方法求得的权函数做了广泛对比,包括Bueckner,Hartranft-Sih以及Wigglesworth利用不同解析方法推导出的高精度的权函数.研究了3种参考载荷(均布/正反向线性分布应力、集中力)及其不同组合,以及裂纹嘴位移的几何条件对权函数精度的影响.结果表明,基于一种参考载荷下的裂纹面张开位移比基于两种参考载荷下的应力强度因子所得到的权函数具有更高的精度,而且后一种方法的精度明显受到所选参考载荷组合的影响;裂纹面位移在裂纹嘴处三阶导数等于零的条件对基于一个参考解的权函数精度的改进效果较小.最后给出了利用各种权函数方法计算得到的4种载荷条件下的应力强度因子,并对结果进行了比较.     

ANALYSIS OF A CRACK IN A FUNCTIONALLY GRADED STRIP WITH A POWER FORM SHEAR MODULUS

The plane strain problem of a crack in a functionally graded strip with a power form shear modulus is studied. The governing equation in terms of Airy＇s stress function is solved exactly by means of Fourier transform. The mixed boundary problem is then reduced to a system of singular integral equations and is solved numerically to obtain the stress intensity factor at crack-tip. The maximum circumferential stress criterion and the strain energy density criterion are both employed to predict the direction of crack initiation. Numerical examples are given to show the influence of the material gradation models and the crack sizes on the mode-I and mode-II stress intensity factors. The dependence of the critical kink-angle on the crack size is examined and it is found that the crack kink-angle decreases with the increase of the normalized crack length, indicating that a longer crack tends to follow the original crack-line while it is much easier for a shorter crack to deviate from the original crack-line.     

向错偶极子对楔型裂纹尖端场

研究了材料中楔型向错偶极子与楔型裂纹的弹性干涉问题. 运用复变函数方法获得了复势函 数和应力场的封闭形式解答,导出了楔型裂纹尖端应力强度因子的解析表达式. 讨论了向错 偶极子的位置、方向和偶臂长度对楔型裂纹尖端应力强度因子的屏蔽和反屏蔽作用规律. 研 究结果表明,向错偶极子靠近裂纹尖端时,对应力强度因子的屏蔽或反屏蔽作用非常强烈. 在一定条件下,楔型向错偶极子能够延缓楔型裂纹的扩展;偶极子的方向也存在一个临界值 使其对应力强度因子的屏蔽或反屏蔽效应最大. 此外,楔型裂纹张开角以及偶极子臂长对应 力强度因子也有较大的影响.     

含孔正交各向异性复合材料板的动应力集中

运用一种改进的非结构化四边形格子法,对含孔正交各向异性板条受面内冲击拉伸时弹性应力波的传播过程和孔边的动应力集中进行了研究.非结构化格子法采用与有限元类似的网格剖分方法,并基于围绕每个节点的积分平衡方程,并自然满足复杂边界的自由边界条件.计算中不需存储刚度矩阵,因而计算速度快、效率高、节省内存,在解决应力波传播问题中具有显著的优越性.通过对多种工况进行数值模拟,分析了材料的各向异性性质、纤维方向、孔径比、加载脉冲周期等参数对孔边动应力的影响,得到了一些规律性的结果.并与现有实验结果进行对比,验证了该方法的有效性.     

含有限裂纹弹性体中二次反射波的影响

处理了无界体中一无限长、有限宽的平面应变裂纹,对任意入射膨胀波的散射问题．这里采用了Wiener－Hopf技术及标准迭代方法,得到了二次反射波到达后的应力强度因子的解析表达式,并给出了数值结果。     

集中弯矩作用下圆弧裂纹的弯曲问题

Ｓｃｈｗａｒｚ对称原理结合复应力函数的奇异性分析的方法，对于分析集中载荷问题有独特的优越性。本文利用这个方法研究了任意位置的集中弯矩作用下含共圆圆弧裂纹板的弯曲问题，获得了一般问题解答，给出一个实际重要情形的封闭形式解；最后求得弯曲应力强度因子公式。本文公式的特殊情形，与现有经典结果吻合。     

功能梯度条共线Griffith裂纹反平面剪切冲击

研究正交各向异性功能梯度条中多个共线Griffith裂纹的反平面剪切冲击问题．材料两个方向的剪切模量假定按比例同时以特定的梯度变化．采用Laplace和Fourier变换及引进位错密度函数将问题化为求解Cauchy奇异积方程，进而化为代数方程数值求解．考查材料非均匀性、正交性和功能梯度条高度对裂尖动态断裂特性的影响．动应力强度因子的数值结果显示：增加剪切模量的梯度和(或)增加垂直于裂纹面方向的剪切模量，可以抑制动应力强度因子的幅度；若功能梯度条较薄，增大条形域的高度也可抑制裂纹扩展．     

拉伸偏心圆孔板的应力集中系数表达式

以半解析半经验的方法推导出拉伸偏心圆孔板应力集中系数的显式表达式,经验证该式具有足够的精度,目前文献中尚无类似表达式．     

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.