压电材料中的微裂纹屏蔽问题分析

分析当主裂纹与一个微裂纹在远场I型力（KI）和远场电位移（Ke)作用下的相互干涉问题,得出了在微裂纹的位置角和方向角周时独立变化时,微裂纹对主裂纹的屏蔽作用的全局使命主裂纹扩展,通过电算还发现Ortiz在各向同性材料和各向异性材料中得出的“微裂纹群对主裂纹最大屏蔽效应产生在微裂纹方向与最大主应力垂直的方向”在压电材料中不再成立,进而提出除Hutchinson指出微裂纹屏蔽效应两个来源（即：材料有效刚度的降低和残余应力的释放）外的另一个来源,微裂纹对主裂砂电场的扰动,在对主微裂纹J积分分析时发现J2积分与J1积分具有同等重要的地位。     

压电双材料界面钝裂纹附近螺型位错的屏蔽效应与发射条件

研究了压电双材料界面钝裂纹附近螺型位错的屏蔽效应与发射条件.应用保角变换技术,得到了复势函数与应力场的封闭形式解,讨论了位错方位、双材料电弹常数及裂纹钝化程度对位错屏蔽效应和发射条件的影响.结果表明,Burgers矢量为正的螺型位错可以降低界面钝裂纹尖端的应力强度因子(屏蔽效应),屏蔽效应随位错方位角及位错与裂纹尖端距...     

一种镍基双晶材料疲劳裂纹扩展效应

对晶界平行裂纹和晶界垂直裂纹的双晶体进行三点弯曲疲劳实验，研究了双晶材料的疲劳裂纹扩展规律，测定了双晶的疲劳扩展速率，揭示了晶界对晶粒疲劳裂纹扩展的屏蔽效应：当裂纹距晶界某一特定长度时，裂纹扩展速率最快；而裂纹顶端交于晶界时，裂纹扩展速率最侵．进一步的晶体滑移有限元数值分析揭示了这种屏蔽效应的机理：晶界附近不协调的塑性变形，导致了裂纹尖端应力场的重新分布．     

界面微裂纹屏蔽J_k矢量投影守恒

用理论推导和电算实践证明，尽管两相材料界面裂纹Ｊ积分的显函数表达式与均质材料中不同，尽管界面裂纹尖端固有的 １／２＋ｉε振荡奇异性和张开滑移型固有的耦合造成近尖区应力场分布的复杂性，但作者在均质材料微裂纹屏蔽问题中发现的Ｊ积分再分配关系 Ｊｋ矢量投影守恒定理在两相材料界面微裂纹屏蔽问题中仍然成立．这再次说明，远场Ｊ积分向界面裂纹尖端传递过程中跨越微裂纹群是有损失的．这个损失可用Ｊｋ矢量在界面裂纹延线坐标轴上的投影来定量地评估     

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.     

带微裂纹物体的有效断裂韧性

按照等效介质的思想，引进有效表面能密度的概念，建立了带微裂纹物体有效断裂韧性的公式．具体计算了微裂纹群分别平行和垂直于宏观裂纹两种情况的减韧比．表明微裂纹群在产生应力屏蔽（或反屏蔽）效应的同时，也降低了材料的有效断裂韧性，减小了对宏观裂纹的扩展阻力．     

穿透夹杂界面的半无限楔形裂纹尖端螺型位错的发射研究

摘要：研究了穿透圆形夹杂界面的半无限楔形裂纹与裂纹尖端螺型位错的干涉问题。应用复变函数解析延拓技术与奇性主部分析方法,得到了位错位于半圆形夹杂内部时,半无限基体和半圆形夹杂内复势函数的解析解。然后利用保角映射技术得到了穿透圆形夹杂界面的半无限楔形裂纹尖端螺型位错产生的应力场以及作用在位错上的位错力的解析表达式。主要讨论了螺型位错对裂纹的屏蔽效应以及从楔形裂纹尖端发射位错的临界载荷条件。研究结果表明正的螺型位错可以削弱楔形裂纹尖端的应力强度因子,屏蔽裂纹的扩展,屏蔽效应随位错方位角的增大而减小。位错发射所需的无穷远临界应力随发射角的增加而增大,最可能的位错发射角度为零度,直线裂纹尖端位错的发射比楔形裂纹尖端位错的发射更容易,硬基体抑制位错的发射。     

一维六方准晶中纳米尺度开裂孔洞的III型断裂力学

研究了一维六方准晶中纳米尺度开裂孔洞的Ⅲ型断裂力学问题。基于复变弹性理论和表面弹性理论获得了考虑表面效应时椭圆孔边裂纹的应力场、应力强度因子和能量释放率的解析表达;讨论了缺陷尺寸、裂纹/孔洞比、耦合系数和施加载荷对应力强度因子和能量释放率的影响。研究表明：考虑表面效应且缺陷的尺寸在纳米尺度时,声子场和相位子场的无量纲应力强度因子以及无量纲能量释放率具有明显的尺寸依赖;裂纹相对尺寸较小时,表面效应对声子场和相位子场的无量纲应力强度因子影响较小;纳米尺度时无量纲能量释放率随耦合系数的增加而增大;耦合系数一定时,无量纲能量释放率受到椭圆孔尺寸影响;随着声子场载荷的增大,无量纲能量释放率先减小后增加,最后趋于稳定;无量纲能量释放率随相位子场载荷的增大单调减小,非常小和非常大的声子场载荷(或相位子场载荷)屏蔽了相位子场载荷(或声子场载荷)的影响。     

一维六方准晶中纳米尺度开裂孔洞的III型断裂力学

研究了一维六方准晶中纳米尺度开裂孔洞的Ⅲ型断裂力学问题。基于复变弹性理论和表面弹性理论获得了考虑表面效应时椭圆孔边裂纹的应力场、应力强度因子和能量释放率的解析表达;讨论了缺陷尺寸、裂纹/孔洞比、耦合系数和施加载荷对应力强度因子和能量释放率的影响。研究表明：考虑表面效应且缺陷的尺寸在纳米尺度时,声子场和相位子场的无量纲应力强度因子以及无量纲能量释放率具有明显的尺寸依赖;裂纹相对尺寸较小时,表面效应对声子场和相位子场的无量纲应力强度因子影响较小;纳米尺度时无量纲能量释放率随耦合系数的增加而增大;耦合系数一定时,无量纲能量释放率受到椭圆孔尺寸影响;随着声子场载荷的增大,无量纲能量释放率先减小后增加,最后趋于稳定;无量纲能量释放率随相位子场载荷的增大单调减小,非常小和非常大的声子场载荷(或相位子场载荷)屏蔽了相位子场载荷(或声子场载荷)的影响。     

螺型位错偶极子与界面钝裂纹的干涉效应

研究了螺型位错偶极子与界面钝裂纹的干涉效应.应用保角变换技术,得到了复势函数与应力场的封闭解析解,讨论了位错偶极子方位、臂长及裂纹钝化程度对位错偶板子屏蔽效应和发射条件的影响.结果表明,与单个螺型位错不同,螺型位错偶极子与x轴夹角在一定范围内时才可以降低界面钝裂纹尖端的应力强度因子(屏蔽效应),屏蔽效应随偶板子臂长的增大而增强,随裂纹钝化程度的增大而增强,屏蔽区域也随裂纹钝化程度的增大而增大;位错偶极子发射所需的临界无穷远加载随偶极子臂长的增加而减小,随位错方位角及裂纹钝化程度的增加而增大;最可能的位错偶极子发射角度为0.螺型位错偶极子的发射比单个螺型位错的发射要困难.本文解答的特殊情况与相关文献给出的解答一致.     

微裂纹屏蔽问题中守恒积分投影关系

对连续体损伤力学在微裂纹屏蔽问题中应用的Ｊ积分守情理假设提出质疑，用理论分析和电算实践证明了远场Ｊ积分在微裂纹损伤区中的再分配关系。即ＪＫ矢量的投影守恒关系。在这一关系中，被Ｈｅｒｒｍａｎｎ所轻视的Ｊ２分量起着十分重要的作用，本文的研究表明，Ｏｒｔｉｚ理论应考虑到远场Ｊ积分在损伤区中的损失，并通过计及这一损失做出必要的修正。     

主裂纹与微裂纹相互作用问题的有效数值计算方法

提出了平面弹性介质中主裂纹与微裂纹相互作用问题的有效数值计算 方法. 通过把适于单一裂纹的Bueckner原理扩充到含有多裂纹的一般体系，将原问题分解 为承受远处载荷不含裂纹的均匀问题，和在远处不承受载荷但在裂纹面上承受面力的多裂纹 问题. 于是，以应力强度因子作为参量的问题可以通过考虑后者(多裂纹问题)来解决，而 利用提出的杂交位移不连续法，这种多裂纹问题是容易数值求解的. 列举 Cai和 Faber为评价主裂纹与微裂纹相互作用问题的近似方法而列举的算例，说明 该数值方法对分析平面弹性介质中主裂纹与微裂纹相互作用问题既简单又非常有效.     

弹性T项对裂尖参数和裂纹扩展路径稳定性的作用

研究了弹性T项在主裂纹与近裂尖微空洞干涉问题中对裂尖参数和裂纹扩展路径稳定性的影响作用.利用“伪力”法,并通过解决主裂纹与近裂尖微空洞干涉问题,对远场纯1型载荷和远场弹性T项载荷下,该干涉问题中弹性T项的影响作用进行了分析从数值结果可以看出：由于空洞的存在;释放了弹性T项所引起的应力,弹性T项对裂尖参数;应力强度因子和J积分都有直接显著的影响,因而,它对该载荷下的裂纹扩展路径的稳定性有控制作用。     

A simple method for calculating interaction of numerous microcracks and its applications

The effects of microcrack interaction on the failure behavior of materials present one problem of considerable interest in micromechanics, which has been extensively argued but has not been resolved as yet. In the present paper, a simple and effective method is presented based on the concept of the effective field to analyze the interaction of microcracks of a large number or of a high density. To determine the stress intensity factors of a microcrack embedded in a solid containing numerous or even countless microcracks, the solid is divided into two regions. The interaction of microcracks in a circular or elliptical region around the considered microcrack is calculated directly by using Kachanov’s micromechanics method, while the influence of all other microcracks is reflected by modifying the stress applied in the far field. Both the cases of tensile and compressive loading are considered. This simplified scheme may yield an estimate for stress intensity factors of satisfactory accuracy, and therefore provide a potential tool for elucidating some phenomena of material failure associated with microcracking. As two of its various promising applications, the above scheme is employed to investigate the size effects of material strength due to stochastic distribution of interacting microcracks and to calculate the effective elastic moduli of elastic solids containing distributed microcracks. Some conventional micromechanics methods for estimating the effective moduli of microcracked materials are evaluated by comparing with the numerical results. Only two-dimensional problems have been considered here, though the three-dimensional extension of the present method is of greater interest.     

Further investigation of interaction between interface macrocrack and parallel microcracks in bimaterial anisotropic solids

In this paper, with the aid of superimposing technique and the Pseudo Traction Method (PTM), the interaction problem between an interface macrocrack and parallel microcracks in the process zone in bimaterial anisotropic solids is reduced to a system of integral equations. After the integral equations are solved numerically, a conservation law among three kinds ofJ-integrals is obtained which are induced from the interface macrocrack tip, the microcrack and the remote field, respectively. This conservation law reveals that the microcrack shielding effect in such materials could be considered as the redistribution of the remoteJ-integral. The project supported by the National Natural Science Foundation of China, and the Doctorate Foundation of Xi'an Jiaotong University     

界面主裂纹和微裂纹之间的干涉

采用复势函数的位错解方法，通过对奇异积分方程的建立和数值求解，研究了界面主裂纹同界面及基体微裂纹之间的干涉．结果表明远场载荷角ψ同Ｄｕｎｄｅｒ’ｓ参数α对界面微裂纹及基体中水平微裂纹同主裂纹干涉的影响都很显著，而ψ对屏蔽区的影响则远小于α对其的影响     

Constitutive behavior of a microcracking brittle solid in cyclic compression

A constitutive formulation is presented to determine the “driving force” for Mode I fatigue crack growth in notched plates of brittle solids stressed in uniaxial cyclic compression. For the particular case of a microcracking medium, it is demonstrated that residual tensile stresses are induced ahead of the notch during unloading from the maximum far-field compressive stress. We propose that it is this region of residual tensile stresses at the notch-tip which promotes fatigue crack growth in ceramics along the notch plane in a direction normal to the compression axis. The predictions of the analysis are compared with new experimental results on compression fatigue in brittle solids. Specifically, it is shown that the numerical estimates of the near-tip tensile zone size for microcracking ceramics compare favorably with the experimentally measured distance of stable Mode I fatigue crack growth after the first compression cycle. Experimental information on the threshold stress for microcracking, transition stress for the inducement of residual tension during unloading, and the effect of mean stress on fracture, as well as direct observations of microcracks and crack growth in compression fatigue, corroborate the assumptions and implications of the analysis.