夹杂对Ⅰ型裂纹应力强度因子影响的一般近似解

利用相变增韧理论和Eshelby等效夹杂方法,给出任意形状夹杂对Ⅰ型裂纹应力强度因子影响的近似解析解．和有限元分析结果比较表明,由于引入远场应力对夹杂的作用,导出的近似解有较好的精度,适用于处理较大尺寸和具有任意形状的夹杂对Ⅰ型裂纹应力强度因子的影响．     

I型裂纹与任意形状夹杂间的作用力

根据Eshelby等效夹杂理论,导出I型裂纹与任意形状夹杂相互作用力的近似表达式和一些特殊形状夹杂的简化算式.该解可快速算出I型裂纹与任意形状夹杂之间的作用力.由裂纹与夹杂间相互作用力的规律所揭示的复相材料中裂纹扩展特性、裂纹尖端材料的损伤机制和已有的实验观察相符.     

二维有限域上裂纹与夹杂问题的边界积分方程方法

本文推导了任意形状边界有限域上裂纹与夹杂问题的积分方程，求得了以裂纹面上位错密度函数和夹杂上剪应力差表示的弹性力学基本解。给出了裂纹和夹杂尖端附近的应力强度因子表达式。     

Ⅰ型裂纹与任意形状夹杂间的作用力

根据Eshelby等效夹杂理论，导出Ⅰ型裂纹与任意形状夹杂相互作用力的近似表达式和一些特殊形状夹杂的简化算式，该解可快速算出Ⅰ型裂纹与任意形状夹杂之间的作用力．由裂纹与夹杂间相互作用力的规律所揭示的复相材料中裂纹扩展特性、裂纹尖端材料的损伤机制和已有的实验观察相符。     

螺型位错与含共焦裂纹弹性椭圆夹杂的干涉效应

研究了基体与夹杂中任意位置螺型位错与含共焦裂纹弹性椭圆夹杂的干涉问题,运用复变函数的分区全纯理论、柯西型积分、应力函数奇性主部分析方法与Rieman边值理论,将问题归结为一个初等复势函数方程的求解.获得了基体与夹杂区域复势函数的级数形式精确解,导出了裂纹尖端应力强度因子解析表达式和作用于位错的像力公式.计算结果表明:夹杂中的裂纹对于位错与夹杂的干涉具有强烈的扰动效应,它增强软夹杂对位错的吸引,减弱硬夹杂对位错的排斥,甚至将排斥转变为吸引.裂纹尖端附近的应力强度因子等值线表明,螺型位错位于裂纹尖端附近特定区域时对于裂纹扩展具有屏蔽效应.     

中心裂纹圆盘裂纹形状尺寸对应力强度因子的影响

采用有限元数值分析方法 ,分析了由脆性材料制成的中心裂纹圆盘试件 ,在复合模式加载条件下裂纹形状尺寸 ,尤其是裂纹宽度和中心小孔半径对应力强度因子的影响 .结果表明 :槽式和槽孔组合式裂纹圆盘试件 ,其I型无量纲应力强度因子FⅠ均比按理想裂纹推出的解析解大 ,而Ⅱ型无量纲应力强度因子FⅡ 均比解析解小 ;随着加载角度增加 ,FⅠ 的数值解与解析解的差值逐渐变小 ,而FⅡ 的差值逐渐变大 ;同时 ,随着裂纹槽宽度或中心小孔半径的增加 ,应力强度因子数值解与解析解之差逐步增加 .依据数值分析的结果 ,给出了这两类试件相对于理想中心裂纹圆盘试件应力强度因子解析解的修正公式 .     

Kim模型下超导圆柱体中的夹杂对裂纹的影响

建立一个含有夹杂和中心裂纹的圆柱状YBaCuO超导体的分析模型,将该超导圆柱体置于外磁场中,超导圆柱将受到电磁力作用.通过有限元方法求解裂纹尖端的应力强度因子,求解得到的数值结果可以反映出超导圆柱在电磁力作用下的断裂行为.基于临界态Kim模型,忽略夹杂和裂纹对屏蔽电流的影响,讨论零场冷却过程中裂纹尖端应力强度因子值的变化规律.结果表明,外磁场、夹杂的杨氏模量、夹杂与裂纹的间距、夹杂的半径以及裂纹长度等因素对裂纹有显著影响.     

含夹杂超导体中共线裂纹的相互作用

建立一个含有圆形夹杂和纵向贯穿共线裂纹的YBCO超导平板模型,在外加磁场产生洛伦兹力的作用下,研究含有夹杂的YBCO超导体中两个共线裂纹的相互作用,采用Bean模型描述超导体的电磁行为.通过确定裂纹尖端的应力强度因子(SIFs)并进行相关的磁弹性应力分析.结果表明外磁场大小、粘性磁通量流速v₀夹杂物的大小、裂纹长度、夹杂半径以及夹杂与基体杨氏模量之比对应力强度因子都有影响.     

正方形弹性夹杂对裂纹应力强度因子的影响

研究无限弹性体中正方形弹性夹杂对裂纹应力强度因子的影响，给出了问题的新边界积分方程，对典型问题进行了边界元计算，所得结果表明：裂纹的应力强度因子随着夹杂弹性模量的增大而减小，软夹杂有利于裂纹的扩展，而刚性较大的夹杂对裂纹有抑制作用。     

一维六方准晶中界面裂纹与位错的交互作用

应用复变函数的方法,研究了一维六方准晶双材料中单个圆弧形夹杂界面裂纹与基体中螺型位错之间的交互作用问题,求得了该问题的封闭形式解.当界面裂纹消失时,所得的退化结果与已有文献一致.导出了位错在圆外无限大区域中的任意位置时,界面裂纹尖端应力强度因子的表达式.数值结果表明,随着位错距离界面裂纹的位置越来越远,裂纹尖端应力强度因子的值越来越小;随着界面裂纹开口角度的增大,裂纹尖端应力强度因子的值先增大后减小.     

拉伸圆孔板孔边裂纹应力强度因子解析解

裂纹尖端应力强度因子是判断裂纹扩展和结构失效的重要标准,探究拉伸荷载下圆孔与裂纹相互作用的裂纹尖端应力强度因子对材料断裂准则和残余强度分析具有重要意义。基于叠加原理和弹性力学初始解,采用Westergaard应力函数求得单轴拉伸圆孔板孔边裂纹应力强度因子的积分方程,使用切比雪夫多项式得到积分方程的近似解,运用Exponential函数对近似解修正得到裂纹尖端应力强度因子修正解;运用Abaqus对同一问题进行模拟分析并与修正解结果进行对比;分析了裂纹尺寸、圆孔半径、裂纹位置角以及裂纹倾角对裂纹尖端应力强度因子的影响。结果表明：修正解与Abaqus模拟解基本吻合;应力强度因子随裂纹尺寸和圆孔半径增大而增大,随裂纹位置角和裂纹倾角增大而减小。     

裂纹表面线性分布力作用下I型应力强度因子的解析解

对于I型裂纹,考虑到裂纹表面受线性分布约束应力作用,利用复变函数方法,从两个基本的解析函数出发,推导出应力强度因子(SIF)和裂纹张开位移(COD)的解析解.数值计算了3种形式的应力分布,即右梯形分布(情况I)、均匀分布(情况II)和左梯形分布(情况III).通过对3种形式的应力强度因子和裂纹张开位移进行对比,发现裂纹表面约束应力的分布形式和位置对应力强度因子和裂纹张开位移有很大影响;随着约束应力区远离裂纹中心,应力强度因子减小,而裂纹中心张开位移随之增大.     

管道表面蚀坑-裂纹的应力强度因子分析

针对在役的海底管道遭受腐蚀疲劳损伤时其管道表面出现点蚀坑问题,应力强度因子成为衡量蚀坑向裂纹转变的临界条件之一.断裂力学的腐蚀疲劳寿命分析的基础是腐蚀疲劳裂纹扩展,裂纹的不稳定扩展又由应力强度因子来判别.因此,在腐蚀疲劳破坏中,将点蚀坑和应力强度因子结合起来研究变得尤为重要.基于应力集中是导致裂纹萌生的主导因素,建立了双参数蚀坑模型,合理地解释了腐蚀疲劳裂纹在蚀坑处萌生位置差异的现象.在管道内流体压力的作用下,管道外表面轴向I型裂纹在环向应力的作用下成为最为危险的一种裂纹型式.基于线弹性断裂力学,利用ABAQUS软件,在管道内压作用下,采用二维模型,对管道表面的轴向I型蚀坑+裂纹的应力强度因子展开了分析.结果显示,蚀坑对裂纹应力强度因子的取值产生明显影响,可显著降低裂纹扩展的门槛值.进一步采用三维模型,利用扩展有限元法,对影响轴向I型蚀坑-裂纹应力强度因子的蚀坑参数开展了敏感性分析.结果显示,蚀坑参数的不同,对蚀坑-裂纹应力强度因子、裂纹形状因子的影响趋势各异.随着蚀坑参数深径比?、深度d的增大,蚀坑-裂纹应力强度因子的取值也逐渐变大;蚀坑参数深径比?、深度d对形状因子F取值的影响存在一定的区间效应.     

基体中螺位错偶极子与含共焦钝裂纹椭圆夹杂的干涉效应

将复变函数的分区全纯理论、柯西型积分、应力函数奇性主部分析方法与Riemann边值问题相结合,研究了基体中的螺型位错偶极子与含共焦椭圆钝裂纹的椭圆夹杂的弹性干涉问题,求得了基体和夹杂区域复势函数的级数形式精确解.并由此推导出了基体和夹杂区域的应力场、椭圆钝裂纹右端点的应力强度因子以及作用在螺型位错偶极子中心的位错像力和像力偶矩的公式,同时分析了螺位错偶极子倾角、夹杂和椭圆钝裂纹的尺寸以及材料常数对它们的影响规律.结果表明:位错力和应力强度因子随螺位错偶极子倾角作周期变化,且受相对剪切模量的影响很大.     

压电磁材料中螺型位错与含界面裂纹圆形夹杂的干涉效应

研究了无限大压电磁基体材料中螺型位错与含界面裂纹圆形夹杂的电磁弹耦合干涉问题．运用复变函数方法,获得了夹杂和基体区域复势函数以及电弹性场的精确封闭形式解答．导出了位错在基体中任意位置时界面裂纹尖端广义应力强度因子的表达式．利用广义Peach—Koehler公式求出了作用于螺型位错上的位错力．该文解答可以作为Green函数研究压电磁材料中任意形状裂纹和圆弧形界面裂纹的干涉作用．     

基于ANSYS的应力强度因子计算

以I型裂纹的3点弯曲试件为例,介绍和分析了运用有限元软件ANSYS计算应力强度因子的方法.通过对求得的应力强度因子值与解析解的比较,表明用有限元方法计算应力强度因子具有相当高的精度,并且操作简便.     

带夹杂直梁的弯曲分析

使用弹性力学和奇异积分方程方法,在Saint-Venant近似的精度下,对带有刚性线夹杂的纯弯曲直梁作了分析,求得了夹杂两侧的干扰界面应力及夹杂端点的应力强度因子,结果对带夹杂零件的强度设计有参考价值。     

含有直线裂纹的直角域中椭圆形夹杂对SH波的散射

利用Green函数法、复变函数法及保角映射技术研究了SH波作用下直角域中直线裂纹对椭圆形夹杂动应力集中系数的影响.采用保角映射法和镜像叠加原理构造了一个能自动满足直角平面两个直线边界应力自由边界条件的散射位移场,并取含有椭圆形夹杂的直角域中任意一点承受时间谐和的出平面线源载荷作用下的位移基本解作为适合的Green函数.利用裂纹"切割"技术构造直线裂纹,进而得出裂纹与椭圆形夹杂共存时的位移场和应力场.通过具体算例讨论了入射波数、裂纹角度、裂纹长度等因素对椭圆形夹杂周边动应力集中系数的影响.     

复合裂纹的应力强度因子有限元分析

讨论裂纹尖端的应力应变与应力强度因子的关系,建立计算复合型裂纹应力强度因子的有限元方法,应用有限元分析软件ANSYS计算Ⅰ型裂纹和Ⅱ型裂纹的应力强度因子以及裂纹尺寸和载荷对应力强度因子的影响。研究结果表明:ANSYS解与解析解很接近,误差很小,验证了复合裂应力强度因子计算方法的有效性;ANSYS解在裂纹较大和较小时误差相对较大,这主要与划分网格的精度有关,裂纹较大时网格不够密,裂纹较小时网格产生变形的影响,可以通过增加网格精度来减小计算误差。     

材料损伤的约束应力区裂纹模型与求解

以约束应力描述材料的损伤程度,约束应力的大小和分布取决于材料的损伤状态,建立了描述材料破坏过程的约束应力区裂纹模型。考虑约束应力为线性分布,在远场均匀拉应力作用下,采用Muskhelishivili方法对I型约束应力区裂纹模型进行求解,得到了应力强度因子与裂纹张开位移的解析解。并通过数值计算研究了各因素对应力强度因子与裂纹张开位移的影响。