裂纹的延迟失稳

本文提出了粘弹性裂纹体的延迟失稳理论。给出了裂纹体临界平衡的条件以及该平衡失去稳定的条件。推荐了描述工程粘弹性材料的若干流变模型。提出了确定裂纹延迟失稳临界载荷或临界裂纹尺寸或临界时间的一种有效方法。文中还给出了本理论与实验结果的比较。     

一维六方压电准晶狭长体中动态与静态裂纹问题分析

运用复变函数法,通过保角变换公式,研究了一维六方压电准晶狭长体中快速传播与静态的Griffith裂纹问题。给出了电非渗透型与电渗透型两种情况下动态的应力与电位移强度因子的解析解。当运动速度趋于零时,解析解将退化成为静止状态下的解。通过算例,分析了静止状态下裂纹长度、狭长体高度对应力强度因子的影响规律。结果表明:当狭长体高度不变时,各应力强度因子随裂纹长度的变大而递增,而后趋于某个稳定值;当裂纹长度固定时,各应力强度因子随狭长体高度的增大而增大,最后趋于某一常数;当狭长体高度趋于无穷大时,所得应力强度因子的解析解可退化为无穷大平面内Griffith裂纹解。     

论裂纹扩展过程中的流变与耗散现象（Ⅰ）

根据裂纹扩展过程中的流变与耗散现象,建立了裂纹扩展期间裂纹体的热力学平衡方程,并依局部场论探讨了局部化剩余的意义。然后,我们把裂纹扩展问题转化为含有质量流源的一个扩散运动问题,并应用内部体力场来研究裂纹扩展力。引入外部热汇,我们把能量耗散问题转化为一个热传导问题。令Clau-sius非补偿热为非负值,建立了裂纹扩展过程中的广义熵不等式,引入耗散势函数,使该不等式转化为某一泛函的可积微分不等式,从而得到它的完全解。只有纵观裂纹扩展的全部历史,才能确定裂纹扩展特性,为此采用Lyapounov函数型的记忆泛函描述全过程,将此全过程分为孕育期、稳定扩展期及失稳扩展期,并给出各个时期的相应判据。本文提出,裂纹体的裂纹扩展过程是: 1 非平衡态不可逆热力学的相容过程; 2 动量不守恒而能量亦耗散的过程; 3 伴有热源汇的非纯粹力学过程; 4 具有衰退记忆的历史延拓过程; 5 微观动力学可逆与宏观热力学不可逆之间的互补过程。     

论裂纹扩展过程中的流变与耗散现象（Ⅱ）

本文根据非局部场理论,从对裂纹扩展过程中流变与耗散现象的大量观察和研究,建立了裂纹体在裂纹扩展过程中的热力平衡方程。在引入质量、线动量和能量等的贡献之后,证明了裂纹体的局部动量和局部能量在裂纹扩展过程中均不守恒,而且诸热力学量对裂纹扩展所造成的新表面的贡献可用其局部化剩余来表示。从流变理论和耗散理论出发,建立非局部热力平衡基本方程后,论证了前文提出的关于裂纹扩展过程的五个基本观点。从耗散势函数出发建立了热流变性材料的非局部本构关系。如果这种本构关系对于每个独立体元和时间增量均能导出它的局部化形式,则可提出表面-体积能量密度理论。在体积随表面变化的意义上,给出耗散与不可逆性的定义。从而正确认识涉及体积和表面变化的热能与机械能交换的本质。本文与前文证明了裂纹扩展的全过程本质上是一个非线性非平衡态不可逆热力学过程,进一步完善了流变断裂学的理论基础。     

论粘弹性裂纹体的时间相依G_i—K_i关系

由于能量释放率不是裂纹体边值问题的直接解答,粘弹裂纹体的能量释放率原则上不能直接应用粘弹对应原理求得。在某些特殊情况(常载荷或常位移)下,这一困难虽然已被巧妙地克服,但仍有必要一般地讨论粘弹裂纹体的G_i—K_i关系。如我们在前文中指出那样,粘弹体的能量释放率等于裂纹闭合能量率。利用线粘弹体裂纹前缘的应力位移埸,通过计算这一裂纹闭合能量率,推导出了粘弹裂纹体的时间相依G_i—K_i关系。主要结论如下: 1) 粘弹裂纹体的G_i—K_i关系是时间相依的。粘弹裂纹体的能量释放率可从对应的弹性裂纹体的能量释放率乘以某时间因子f_(ig)(f)而得到。2) 能量释放率的时间因子等于应力(或应力强度因子)和位移的时间因子的乘积f_(ig)(t)=f_(iσ)(t)f_(iα)(t)。3) 不同流变模型、不同应力状态(平面应力、平面应变、反平面应变)及不同情况(给定载荷、给定位移)的裂纹体的能量释放率是不相同的。4) 采用这里得到的结果,可以很方便地立刻将线弹性断裂力学的某些结果推广到粘弹裂纹体的情形。     

关于裂纹扩展的连续介质热力学(Ⅰ)——平衡定律和断裂准则

本文克服了Liebowitz和Eftis在有关文献中出现的矛盾,从不可逆过程热力学观点,导出了裂纹体的总体平衡方程,裂纹体内的局部平衡方程和断裂表面的局部平衡方程,为在各种复杂条件下,正确建立裂纹体的断裂准则,提供了必要的理论基础。     

变质量断裂模型及其实验研究(英文)

从能量方程求得具体的裂纹扩展方程是困难的,因为在一般情况下,我们还不知道断裂过程中各种能量以什么样的比例存在于系统中。鉴于此,我们考虑将动量方程用于裂纹扩展研究。建立一个以动量定律而不是以能量原理为基础的断裂模型。这种模型的建立是基于这样的认识,即裂纹体在断裂过程中,即使其整体动量,动量矩是守恒的情况下,其局部动量、动量矩也是不守恒的。或者说,动量平衡方程是非局部的,通常的局部化假设在裂纹扩展展过程中是不成立的。在此基础上种文中以裂纹尖端局部区域为研究对象,从多方面论证了该区域作用有不平衡力,正是这个不平衡力的大小,方向等的变化控制着裂纹扩展过程,建立了变质量断裂模型。该模型以随裂纹尖端运动的局部区域作为变质量系统,研究该系统质量和作用在该系统上力的变化,以此研究裂纹扩展过程,从而给出了裂纹扩展遵循的一般方程。本文用自行研制的裂纹扩展速度测定仪测得的裂纹扩展速度,在平面应力Ⅰ型裂纹条件下,在一定程度上验证了理论的正确性。     

某混凝土坝的粘弹性断裂力学分析

应用粘弹性断裂力学理论本文分析了某水电站混凝土大头坝坝墩上游面中心垂直裂纹的延迟失稳问题。采用Rabotnov体作为流变模型计算了裂纹延迟失稳扩展深度。采用裂纹-切口模型及COD判据计算了裂纹扩展速度及寿命与初始裂纹深度之间的关系。文中还分析了该坝墩裂纹自动止裂的原因。     

线粘弹性体裂纹前缘的应力、位移场

采用前文建议的粘弹性对应性原理的方法,我们将Eftis等得到的线弹性裂纹体在双轴载荷作用下的裂纹前缘的应力、位移场的解推广到诸如Maxwell固体,标准线性固体和Burgers固体等这类线粘弹性裂纹体。得到如下一些重要结论: 1.在所考虑的情况下,当外加应力是常数时,线粘弹性裂纹体的应力强度因子与相应的线弹性裂纹体的应力强度因子相同。但是,若相应的线弹性裂纹体的应力强度因子表达式中包含弹性常数,那么线粘弹体的应力强度因子将变成时间相关的。2.对于线粘弹性裂纹体,当外应力是常数时,各位移分量均是时间相依的,且是材料流变常数的函数。对于Maxwell及Burgers固体,由于粘性流的存在,常载荷下位移分量均随时间而增长。对于标准线性固体,由于弹性滞后效应,虽然位移分量也随时间而增长,但它将趋于某一极限值。3.与线弹性裂体相反,对于线粘弹性裂纹体K-G关系再不是与时间无关的固定关系了。4.线粘弹性体情况下,K-判据不再与G-判据等价。由于K-判据不能反映这类固体的时间相依特征,对于粘弹性体G-判据是较为适合的。     

弹性及粘弹性体双梁模型裂纹的复合型问题

本文论及类梁弹性或粘弹性裂纹体的复合型问题。文中指出:由于物体几何的非对称性,一个非对称双梁模型裂纹,尽管在对称载荷的作用下,也将非对称地扩展。我们采用了部分弹性基础双梁模型来确定这种情况下的应力强度因子K_Ⅰ和K_Ⅱ。对于蠕变过程中Poisson比v保持常数的标准线性裂纹体,其断裂角度与线弹性裂纹体的断裂角度相同。当(K_Ⅱ)/(K_Ⅰ)巳知时,它们可以从前文的结果中确定出来     

聚合物裂尖损伤-钝化机制与损伤裂纹模型

依据对聚合物裂纹扩展过程的跟踪观测,描述了聚合物裂尖损伤钝化机制的基本物理特征．在此基础上,推导了裂纹尖端粘塑性区内材料的损伤演化方程,并建立了聚合物的损伤裂纹模型     

改性聚丙烯材料裂纹扩展速度的研究

对改性聚丙烯材料的双悬臂梁试样进行了非线性粘弹性的裂纹扩展实验。得到了裂纹扩展全过程的裂纹长度与时间关系的数据，将弹性回复对应原理应用到了非线性粘弹性裂纹扩展分析中，得到了改性聚丙烯材料裂纹扩展速度的理论预测公式，比较发现，理论预测结果和实验数据吻合较好。     

单支墩大头坝初始表面裂纹形成的热流变断裂学研究(英文)

本文从对裂纹扩展过程中流变与耗散现象的大量观察与研究,根据非局部场理论,导出了裂纹体在裂纹扩展过程中的热力平衡方程,为更加精确地描述裂纹扩展问题提供了理论基础;同时指出,在裂扩展过程中局部质量、动量、动量矩和能量均不守恒,并给Griffith表面能以新的定义。将单支墩大头坝初始表面裂纹的形成与扩展视为不可逆热力学过程,在不可逆过程必然伴有熵产生的原则下,引入了一个耗散势函数,通过对裂纹扩展过程中Clausius非补偿热和耗散势函数的研究,重新建立了断裂判据;在适当地引入裂纹系统偏离平衡态的距离之后,可导出经典的屈服、强度和断裂理论中的各种判据;同时,通过耗散势函数,把流变、断裂和不可逆过程有机地结合起来了,形成了统一的流变断裂学。最后,将大坝混凝土定义为热流记忆性材料,依试验和实测数据,采用本文给出的热流变断裂学研究,对单支墩大头坝初始表面裂纹的形成进行了计算,其结果与现场观测基本一致,为单支墩大头坝的设计提供了进一步改进的依据。     

功能梯度材料的裂纹分析及有限元计算

非均匀介质力学的早期研究最先始于密度及力学性质随深度变化的弹性波问题.此后,非均匀介质力学的研究便云集了广泛的研究者.本文,分析和计算了功能梯度材料的裂纹尖端场及应力强度因子.比较了均匀材料与非均匀材料裂纹尖端场,指出:材料梯度不影响裂纹尖端的奇异性阶次和角分布函数,但影响应力强度因子(SIF)值.作为断裂力学的重要参数,应力强度因子是材料梯度,外载荷及构件几何形状的函数.文中,假设材料的弹性摸量按具有不同系数的指数变化,使用有限元方法获得了裂纹尖端位移,然后使用外推法得到了功能梯度材料张开型断裂的应力强度因子.     

裂纹扩展过程中裂尖塑性流变区温度场的理论和实验研究

本文根据流变断裂学理论,结合非平衡态热力学,对裂纹扩展过程中裂尖塑性流变区由于内耗热而形成的温度场,进行了理论和实验研究。在理论上分析了材料内部的不可逆变化及熵产生、熵流等内耗机制,得到内耗热源函数,指出裂尖温度场的成因,从而进一步得到控制温度场分布和变化的热传导方程。在讨论内耗对裂纹扩展的影响时,我们推出耗散型能量守恒方程的微分和积分形式以及裂纹扩展的耗散型控制方程。在实验研究中,我们测定了裂尖区的温度场,从而验证了本文的理论,指出经典断裂力学的不足。     

关于裂纹尖端应力应变奇异性的讨论(英文)

经典的弹性和弹塑性断裂力学解都认为裂纹尖端应力应变存在奇异性,而这在物理上是不真实。怎样来解释断裂力学解和物理事实的不一致?本文利用从能量原理导出的与积分路径无关的积分公式进行了讨论,提出了笔者的观点。文中认为应该辩证地考虑这个问题。如果我们用连续介质模型来描述裂纹尖端应力应变场,存在奇异性是可以理解的,但我们必须记住。这在物理上是不真实的,它是由于我们不适当地采用连续介质模型来描述裂纹尖端情况而引起的。事实上,断裂问题涉及到材料的分离,它与微观过程有关,连续介质模型在这里失去了理论前提。文中探讨了裂纹新表面的形成过程及表面能的物理含义。     

考虑裂尖损伤的粘弹性裂纹扩展规律

本文根据作者1在对聚合物断裂破坏过程的实验观测基础上，应用连续损伤力学的基本观点和方法所建立的裂纹尖端破坏模型，研究了考虑裂尖损伤的粘弹性裂纹扩展规律，讨论了以损伤演化和裂纹扩展行为构成的聚合物材料破坏的全过程，并在理论分析的基础上，具体计算了某种聚合物在恒定载荷作用下的裂纹扩展行为，预期的理论结果与实验值吻合的较好．     

关于空间裂纹群问题的理论分析与数值计算——(Ⅰ)理论分析与基本公式

本文研究线性断裂理论中的空间裂纹群问题.对于平行分布的圆盘状裂纹群,本文提出了一种理论分析与数值计算方法.通过引入等效载荷和使用局部坐标展开法将圆盘状平行裂纹群问题归结为求解一组线代数方程.而解此线代数方程组,即可得出圆盘状平行裂纹群问题的解.文中的计算实例表明这一方法是行之有效的.     

局部应力场中表面裂纹的线弹簧模型分析

线弹簧被用以模拟考虑局部几何形状的边裂纹板条，由有限元方法，结合Ｔ型板架结构进行了实例分析．     

疲劳裂纹扩展率的工程计算方法

以弹塑性断裂理论为基础，提出了基于J积分的疲劳裂纹扩展率工程计算方法，并推导出了D—M模型下的疲劳寿命工程计算公式。