压电薄板板边导电裂纹尖端的力电场分析

采用有限元方法,分析了压电薄板板边不同长度导电裂纹尖端的力电场分布规律,发现导电裂纹尖端的应力场和电场强度存在明显的集中和奇异现象,集中和奇异的程度与裂纹长度有关。而且,在裂纹延长线上分别存在两点,这里的应力和电场对裂纹长度不太敏感,总等于无裂纹时薄板的均匀应力和均匀电场强度;同时,还研究了导电裂纹尖端的应力强度因子和电场强度因子对裂纹长度的依赖关系,发现在线性本构的前提下,导电裂纹尖端的应力强度因子与电场强度因子之间具有近似的线性关系。     

结合内时理论研究岩石衰减与应变振幅的关系

本文将解决复杂弹塑性问题的有效工具内时理论,引入到岩石衰减的研究中来。根据内时理论,简要推导了在中等应变条件下,岩石衰减与应变振幅的用非弹性参数α表示的具体关系式。在MTS压机上,对砂岩、花岗岩等多种岩石样品进行了一系列的循环加卸载实验。利用应力应变滞回曲线的面积,根据衰减的能量损耗的定义,计算了各种实验条件下的岩石样品的衰减值。实验数据表明,在各次循环平均应力相等的条件下,岩石样品的衰减随应变振幅的增加而增加,与内时理论的推导结果相一致。最后,对表示岩石非弹性的参数α进行了简要的讨论。砂岩的α值较为稳定,在0.5左右;而花岗岩的α值变化较大,但二者都随着应力的增加而增加。该实验结果对地震波在地球介质中的衰减研究有一定的参考意义。     

三维光弹性中预应力结构的应力冻结研究

本文提出用三维光弹性应力冻结法模拟分析预应力钢筋混凝土结构中的应力。通过模拟体与实体结构的相似性研究,给出了模型载荷比例系数Cq参数,通过参数合理的选取,有效的解决了应力冻结水平预测这一技术关键;用光弹性应力二次冻结法,将结构预应力和负载应力冻结在同一试件中;应分析精度对模型尺寸的要求,采用了精密浇铸的方法制作模型。此外,还研制了受力清晰明确的加载系统。对这些涉及应力冻结的若干关键问题结合工程实例进行探讨。实验应力分析结果与有限元数值法一致性较好。     

基于断裂力学理论的表面淬火齿轮疲劳寿命的数值计算

基于二维线性断裂力学理论，提出了一种表面淬火齿轮的弯曲疲劳寿命预测方法，并开发了相应的计算程序。在程序中，用权函数法估计应力强度因子，运算速度快，节省了计算时间。在估计应力强度因子时，考虑了热处理后产生的残余应力的影响。用开发的软件对表面淬火齿轮的弯曲疲劳寿命作了预测，并与试验数据进行了比较。预测值与试验结果基本相符，特别是高应力时，二者符合的更好。     

裂缝分析的比例边界有限元与有限元耦合的虚拟结构面模型

比例边界有限元法SBFEM(Scaled Boundary Finite Element Method)是一种半解析数值方法,在裂缝分析特别是强度因子计算上具有相当高的精度。本文提出了一种用于裂缝分析的基于虚拟结构面的SBFEM与常规FEM的耦合分析方法。首先选取裂缝周边一定范围的计算域,并将结构分成不含裂缝区域和含裂缝区域两部分。然后,对不含裂缝区域,采用FEM进行网格离散;对含裂缝区域,采用SBFEM进行网格离散;两者相互独立,在这两个域内,分别采用各自相应的位移模式。最后通过在SBFEM网格的外边界设置虚拟耦合结构面的模式,实现有限元网格和比例边界有限元网格的耦合。通过两个经典的含裂缝平板的算例研究,探讨了本文方法在I型开裂和混合型开裂分析中,影响应力强度因子精度的因素。算例表明,SBFEM具有的降维和半解析性质,使本文方法在裂缝分析中的前处理简单易行,且计算结果具有相当高的计算精度。     

经历不同高温后砂岩的动态力学特性实验研究

运用RX3 -20 -12型箱式电阻炉将砂岩试样分别加热至100、200、400、600、800和1 000℃,然后自然冷却至常温,制成经历不同温度的砂岩试件。运用直径为100mm的分离式Hopkinson压杆装置,用薄圆形紫铜片作为波形整形器,以不同弹速轴向冲击砂岩试样,测试经历不同温度后砂岩试样在不同冲击荷载下的动态力学性能,得出了砂岩的应力-应变曲线及各自的破坏形态。结果表明：常温下砂岩的动态压缩破坏的应力-应变曲线具有明显的4阶段特征,但经历100~400℃作用的砂岩应力-应变曲线的平台段消失,温度继续升高时平台段又重新出现;砂岩的峰值应变随温度升高而升高,动态压缩强度也随温度升高而升高,但在800℃以后陡然下降;砂岩的动态压缩破坏形态受温度和冲击荷载的共同影响,冲击荷载越大破碎程度越大,而且破坏过程总是由外层向内芯发展。

     

2.5维自愈合C/SiC复合材料的压缩力学行为

试验研究了2.5维自愈合C/SiC复合材料的压缩力学行为,根据材料的细观结构特点,建立了压缩载荷下的损伤力学模型,得到了经纬向压缩的非线性应力应变关系,预测结果与试验值吻合较好。结果表明,经向和纬向的力学行为不同,纬向的压应力逐渐增大时,切线模量逐渐增大,压缩强度为270.05MPa,而经向压应力逐渐增大时,层间损伤逐渐发生,经纱承受的弯矩越来越大,切线模量逐渐降低,破坏强度为128.66MPa。     

周期裂纹和刚性线尖端场干涉效应研究

研究双周期裂纹和刚性线夹杂非均匀材料的反平面剪切问题。基于保角变换技术和椭圆函数理论,获得了问题应力场的全场精确解,给出了裂纹和刚性线尖端应力强度因子的封闭形式解答,讨论了裂纹和刚性线尖端场的干涉效应。数值结果表明：改变水平和垂直分布周期对裂纹和刚性线尖端场影响明显不同;裂纹长度2a逐渐增大时(0≤a/ω1≤0.5),裂纹尖端应力强度因子从1逐渐增大到无限大,而刚性线的尖端场变化不大;刚性线长度2d逐渐增大时(0≤d/ω2≤1),刚性线尖端应力强度因子逐渐减小,而裂纹的尖端场仅略微增大。     

基于扩展有限元法的裂尖场精度研究

扩展有限元方法基于单元分解的基本思想,通过引入位移加强函数来表征裂纹的不连续性和裂尖的奇异性。在裂尖加强单元与常规单元之间有一层混合单元,当对裂尖特定区域进行加强时,混合单元个数相应增加,混合单元个数与计算精度存在一定联系。本文提出一种正方形裂尖加强区域的选择方式,可得到较单个加强和圆形加强精度更高、更稳定的计算结果。对于不同长度的裂纹,表征裂尖场奇异性所需的裂尖加强范围存在较大差异,以正方形裂尖加强方式进行计算,得到了不同裂纹长度下最优的加强尺寸。     

梯度材料二维轴对称问题的弹性解析解

为了研究梯度材料在静荷载下的响应,首先推导出极坐标下轴对称问题的相容方程;再通过选取特殊的应力函数和弹性模量简化该方程,得到了弹性模量呈幂函数形式分布的梯度圆环内、外受均布压力问题的弹性解;在此基础上,引入接触条件,推得均布荷载下双层梯度圆筒和具有梯度界面层的双材料圆筒的弹性解;最后对各解析解进行了算例分析。分析结果表明:对于双层梯度圆筒,材料的梯度分布不改变其应力正负,并能使筒内应力分布更均匀,缓解应力集中;但对于具有梯度界面层的双材料圆筒,并非梯度层厚度越大应力状态越理想,也存在周向正应力虽然更加平均,最大应力值却有所提升的情况。