功能梯度双材料弱/微间断界面的冲击断裂分析

提出强间断、弱间断、微间断和全连续界面的概念与分类,建立功能梯度弹性双材料弱间断 界面冲击断裂问题的力学模型,采用积分变换法推导问题的Cauchy奇异积分方程,并用配 点法求得数值解. 分析表明,弱/微间断性对于FGMs界面裂纹应力强度因子有着重要影响, 而且微间断性是优于弱间断性的一种界面力学性能连接关系. 以FGMs界面某一侧 的力学性能函数在界面处的Taylor展开式的低阶项作为界面另一侧的力学性能函数,便可 以使FGMs界面成为``微间断'界面. 界面的一阶微间断对应力强度因子的减小作用较为明 显,而高阶(二阶及以上)微间断对应力强度因子的影响较小. 减小界面的弱间断程度或使 FGMs界面具备``微间断性',都将利于提高功能梯度双材料界面抗冲击断裂能力,在一定 程度上达到界面增韧的目的.     

卫星用复合材料压力容器力学特性研究

为了研究航天复合材料压力容器内衬与复合材料双层壳体的力学特性,通过优化复合材料网格理论算法,针对钛合金内衬(TC4)/碳纤维(T1000GB)缠绕柱形复合材料压力容器进行了应力应变特性分析.以纤维预紧应力为自变量,研究其对内衬/纤维双层壳体在预紧压力、工作压力、验证压力和爆破压力下应力的影响,提出了优化设计的解析解法,...     

微分求积法计算双材料反平面V形切口应力奇性指数

首次将微分求积法应用到工程断裂力学的研究领域,运用该方法计算了双材料反平面V形切口端部区域的应力奇性指数.首先基于弹性力学理论,将反平面V形切口端部应力奇性指数的计算转化为常微分方程组的特征值问题,再由微分求积法理论将常微分方程组的特征值问题转化为标准型广义代数方程组的特征值问题,由QR法可一次性计算出双材料反平面V形...     

基于有限元模拟的超声应力系数标定及分析*

应力系数的标定作为超声应力检测最为关键的环节,直接决定应力检测结果的准确性。传统的应力系数试验标定对于被测物的表面粗糙度、耦合剂厚度、声匹配块与被测物接触力等因素十分敏感,但缺少基本参照值。基于COMSOL建立多物理场耦合的超声应力检测模型,施加不同的拉伸载荷,计算临界折射纵波到达时间与不同应力值之间的关系,模拟标定45#钢的超声应力系数为13.7MPa/ns。单轴水平拉伸试验标定的45#钢应力系数为16.5MPa/ns。结果表明,通过两种方法标定的应力系数较为接近,试验标定的应力系数偏大,这是由于有限元方法能够消除试验过程中各种不确定因素对声时精确测量所造成的影响,能够更加纯粹的反映材料的声弹性效应,因此具有作为基础数据的参考价值。有限元方法作为传统试验方法的补充,可以减小试验标定数据的离散性,提高超声应力检测结果的可信度。     

基于微面有效应力矢量的各向异性屈服准则

基于微面模型,定义损伤变量为微面上有效承载面积的减少. 将Kachanov的一维有效 应力概念推广到三维,提出微面有效应力矢量的概念. 根据微面的有效应力矢量,将无损材 料的宏观应力张量及不变量与微面应力矢量的积分关系拓展到有损材料,得到了有损材料的 宏观有效应力张量及其不变量与宏观名义应力张量、微面面积损伤组构张量之间的关系. 将 无损材料的以应力张量不变量表示的Drucker-Prager准则推广到有损材料,建立了含缺陷 材料的各向异性屈服准则. 对有损材料,宏观有效应力张量与Murakami的有效应力张量具 有相同的形式,各向异性强度准则与Liu等提出的扩展Hill准则有相同的形式,当不考虑 静水应力对屈服的影响时,它与Hill准则具有相同的形式.     

孔隙压力作用下圆形巷道围岩的蠕变分析

在原有的岩土流变理论基础上,与渗流力学原理相结合,考虑孔隙压力及孔隙度在岩石蠕变过程中对于岩体变形的影响,在弹性解答的基础上,通过Laplace变换(对应性原理)得出解析解．在一定的假设条件下,利用弹性力学基本方程、蠕变方程及有效应力原理(Terzaghi有效应力方程),采用H-K体模型作为本构方程,将孔隙压力引入到围岩蠕变方程中．给出在孔隙压力作用下的蠕变曲线,并与不考虑孔隙压力和定孔隙压力条件下蠕变曲线相比,其更接近于实际．     

超静定型钢桁架优化设计的面积比法

满应力准则是对超静定型钢桁架进行优化设计的有效方法．但这种方法的主要缺点在于收敛速度很慢甚至不收敛,这给设计工作带来很大的不便．对问题进行了研究,在“型钢压杆稳定设计直接法”的基础上,提出了满应力优化设计的一种新方法——面积比法,有效地提高了设计过程的收敛速度,降低了设计成本,供有关结构设计人员参考．     

点阵材料微极连续介质模型的应力优化设计

在将二维周期性点阵类材料等效为具有非局部化本构的微极连续介质的基础上,运用优化技术,探讨了基于材料相对密度和微单胞特征尺度两类变量的优化结构应力的方法,给出了针对最小化结构关键部位应力、结构最大应力最小化、最大化结构关键部位安全储备三类特定目标的结构与材料一体化协同优化结果．利用圆板小孔应力集中的数值算例验证了方法的有效性．     

Application of scaled boundary finite element method in static and dynamic fracture problems

The scaled boundary finite element method (SBFEM) is a recently developed numerical method combining advantages of both finite element methods (FEM) and boundary element methods (BEM) and with its own special features as well. One of the most prominent advantages is its capability of calculating stress intensity factors (SIFs) directly from the stress solutions whose singularities at crack tips are analytically represented. This advantage is taken in this study to model static and dynamic fracture problems. For static problems, a remeshing algorithm as simple as used in the BEM is developed while retaining the generality and flexibility of the FEM. Fully-automatic modelling of the mixed-mode crack propagation is then realised by combining the remeshing algorithm with a propagation criterion. For dynamic fracture problems, a newly developed series-increasing solution to the SBFEM governing equations in the frequency domain is applied to calculate dynamic SIFs. Three plane problems are modelled. The numerical results show that the SBFEM can accurately predict static and dynamic SIFs, cracking paths and load-displacement curves, using only a fraction of degrees of freedom generally needed by the traditional finite element methods.The project supported by the National Natural Science Foundation of China (50579081) and the Australian Research Council (DP0452681)The English text was polished by Keren Wang.     

半平面多边缘裂纹反平面问题的奇异积分方程

利用复变函数和奇异积分方程方法,求解弹性范围内半平面多边缘裂纹的反平面问题．提出了满足半平面边界自由的由分布位错密度表示的单边缘裂纹的基本解,此基本解由主要部分和辅助部分组成．将半平面多边缘裂纹问题看作是许多单边缘裂纹问题的叠加,建立了一组Cauchy型奇异积分方程．然后,利用半开型积分法则求解该奇异积分方程,得到了裂纹端处的应力强度因子．最后,给出了几个数值算例．