双材料界面裂纹的能量释放率分析

利用J积分得到了一般条件下双材料界面裂纹的能量释放率(SERR),并按照裂纹尖端法向应力为0和Ⅰ和Ⅱ型耦合量JⅠ,Ⅱ为0的条件得到了应变能量释放率的Ⅰ型和Ⅱ型分量.其应变能量释放率分解的结果表明,轴力和弯矩都会产生Ⅰ型和Ⅱ型应变能量释放率分量.     

压电材料平面裂纹问题的强度因子和能量释放率

在压电材料平面问题复变函数形式的通解的基础上，推导了裂纹问题的应力强度因子和电位移强度因子（统称为强度因子）的一般表达式。提出了用裂纹面上的位移和电势来推算强度因子的方法，并用有限元实施计算。以无限大压电介质中的Ⅰ型（即张开型）裂纹问题为例，将有限元计算结果与解析解做了比较。进一步又计算了含有边界裂纹的紧凑拉伸试件以及三点弯曲试件的强度因子、能量释放率和断裂荷载，与已有的试验结果作了比较，并对以机械能释放率为判据的断裂准则进行了讨论。     

三维能量释放率虚拟裂纹扩展算法及工程应用

构造了三维条件下虚拟裂纹扩展（ＶＣＥ）算法公式及计算程序。结合ＡＤＩＮＡ非线性有限元程序，对压力容器带轴向、环向裂纹及带接管压力容器相贯区有贯穿裂纹时的能量释放率（Ｇ）进行了计算分析，结果表明，对于压力容器结构，ＶＣＥ算法是一种有效、精确的计算断裂参量Ｇ的方法，为应用弹塑性断裂理论评定复杂压力容器结构的安全可靠性奠定基础。     

含裂纹功能梯度板能量释放率的ABAQUS用户子程序开发

为求解含裂纹功能梯度板的动态能量释放率,提出了基于非均匀有限元法的虚拟裂纹闭合法.基于有限元软件ABAQUS平台,开发了动态载荷作用下功能梯度材质的哑节点断裂单元,编写了用户自定义子程序UMAT和UEL,求解了动态载荷作用下的含裂纹功能梯度板能量释放率分量.对不同形状因子下的中心和倾斜裂纹功能梯度板的动态能量释放率分量进行了求解,并转化为动态应力强度因子,与差分法作比较.数值算例结果表明,动态载荷作用下功能梯度材质的哑节点断裂单元具有精度高、简捷方便、裂尖无需使用奇异元或特殊单元和子程序通用性强等优点,为工程师求解动态断裂参数提供了新途径.     

基于虚拟裂纹闭合法计算裂纹扩展的能量释放率

研究利用虚拟裂纹闭合法(VCCT)和通用有限元程序计算裂纹扩展能量释放率(G).利用开发的接口单元,将VCCT集成于有限元软件中.基于这一原理,通过ABAQUS用户单元子程序UEL编写9,16,20节点接口单元,将VCCT法集成于8节点和20节点6面体网格中,直接通过有限元计算输出能量释放率,无需进行复杂的后处理.最后,通过2个算例对该接口单元进行了验证.结果表明,利用所编写的界面单元能够得到准确的计算结果,同时提高了计算效率.     

压电材料平面裂纹启裂的能量释放率及电效应

针对压电材料的电弹性断裂问题,考虑到电量对断裂的影响,用裂纹尖端场和裂纹围道积分计算了裂纹沿任意方向启裂的能量释放率.以最大能量释放率为启裂准则,结合PZT-5H压电陶瓷材料,分析了电位移载荷对裂纹启裂的作用效果.研究表明,电位移载荷能促进或抑制裂纹的启裂,并使裂纹产生偏折或分叉,其作用效果与施加的电位移载荷的大小和方向有关.     

压电材料平面裂纹启裂的能量释放率及电效应

针对压电材料的电弹性断裂问题，考虑到电量对断裂的影响，用裂纹尖端场和裂纹围道积分计算了裂纹沿任意方向启裂的能量释放率。以最大能量释放率为启裂准则，结合PZT-5H压电陶瓷材料。分析了电位移载荷对裂纹启裂的作用效果。研究表明，电位移载荷能促进或抑制裂纹的启裂，并使裂纹产生偏折或分叉，其作用效果与施加的电位移载荷的大小和方向有关。     

弹性薄膜—基底结构界面裂纹的能量释放率

为研究弹性薄膜与基底交界面的薄膜裂纹问题,基于Beuth理论,将薄膜—基底结构的三维模型简化为平面应变模型,利用有限元分析程序计算薄膜裂纹断裂能量释放率Gs,并分析薄膜与基底的弹性错配及厚度比率对Gs的影响。结果表明：β=α/4时,Gs的幅值随着α（-1〈α〈1）的增大而增大。当α为负值时,Gs具有稳定性;反之,Gs具有不稳定性。Gs随着薄膜厚度的增加而增加,当hs/hf〉2时,其变化较小。该研究为工程实践提供了理论参考。     

大变形下对称自由边分层复合材料的能量释放率研究

采用准三维模型为基础的非线性有限元,研究具有对称自由边分层损伤的复合层合板在均匀轴向应变作用下的分层断裂力学行为;     

对功能梯度材料的弹性断裂力学分析

功能梯度材料是一种新型材料。功能梯度材料的断裂力学分析属于非均匀材料断裂力学范畴。结合最新研究成果,从裂纹尖端应力场和裂纹扩展两个方面,阐述了功能梯度材料弹性断裂分析的研究方法和主要结论。     

热载荷下功能梯度材料中裂纹对SH波散射问题的分析

讨论了热栽荷下功能梯度材料中裂纹对SH波的散射问题．借助Fourier积分变换,将所研究的问题转化成对偶积分方程,运用Copson方法将对偶积分方程变为第二类Fredholm积分方程进行求解,分析了材料梯度参数、温度等因素对标准化动应力强度因子的影响．     

压电功能梯度材料层反平面裂纹瞬态问题的研究

研究了压电功能梯度材料层中平行于边界的动态反平面裂纹问题．数值方法为采用积分变换和位错函数法将问题简化为Cauchy奇异积分方程，最后给出数值结果，讨论了载荷耦合参数、材料分布形式和裂纹位置等因素对断裂行为的影响．结果发现，载荷耦合参数对规一化应力强度因子的影响比对规一化电位移强度因子的影响大，而电载荷的加载方向将决定动态应力强度因子在不同阶段的行为．此外，电载荷的存在总是促进裂纹扩展，但裂纹在负的电载荷作用下比在正的电载荷作用下更易扩展．     

计算功能梯度压电材料能量释放率的修正J积分法

功能梯度压电材料的非均匀材料特性将导致标准J积分失去与路径无关的特性．为此,提出了修正J积分来计算裂纹尖端的能量释放率,该修正J积分在功能梯度压电材料中具有与积分路径无关的性质．以功能梯度压电板的平面问题为例,给出了一些数值算例以说明修正J积分在计算功能梯度压电材料能量释放率方面的优越性．     

功能梯度层合结构中反平面运动裂纹问题

研究了功能梯度层合结构中反平面运动裂纹问题.利用积分变换把混合边值问题化成对偶积分方程,利用Copson-Si方法把对偶积分方程化为第二类Fredholm积分方程,最后求出应力强度因子表达式.     

正交各向异性功能梯度材料中的运动裂纹

针对无限大正交各向异性功能梯度材料中Yoffe型运动裂纹受反平面剪切载荷的动力学问题,假设材料两个方向剪切模量均采用双参数任意次幂函数模型,采用积分变换-对偶积分方程方法,求得裂纹尖端动态应力场和位移场以及动应力强度因子.借助Matlab软件研究裂纹运动速度和梯度参数以及材料不均匀系数对动应力强度因子的影响.结果显示裂纹尖端应力同均匀材料一样具有奇异性;无量纲动应力强度因子随裂纹运动速度的增大而减小,随梯度参数的增大而增大.     

功能梯度压电板条中的电渗透型运动裂纹

基于三维弹性理论和压电理论 ,研究了功能梯度压电板条中的电渗透型运动裂纹问题 .利用Fourier积分变换方法 ,将混合边值问题化为对偶积分方程 ,并进一步归结为易于数值求解的第二类Fredholm积分方程 .通过渐近分析 ,获得裂纹尖端应力、应变、电位移和电场的解析解 ,给出裂纹尖端场各个变量的角分布函数 ,并求得裂纹尖端场的强度因子 .结果表明 ,对于电渗透型裂纹 ,功能梯度压电板条中运动裂纹尖端附近的各个场变量都具有 - 1/ 2阶的奇异性 ,而且与固定于裂纹尖端的运动坐标有关 ;当裂纹运动速度增大时 ,裂纹扩展的方向会偏离裂纹面 .     

一维热应力缓和型功能梯度材料的计算机辅助设计系统

基于经典的叠层板理论和热弹性力学的有关理论,合理简化边界条件,建立了一维非对称热应力缓和型功能梯度材料（ＦＧＭ）分析模型,推导了ＦＧＭ在稳态温度场下温度分布函数及热应力分布函数,在此基础上,开发出了非对称应力缓和型功能梯度材料与计算机辅助设计系统ＦＧＭＣＡＤ,ＦＧＭＣＡＤ的作用在于能够通过改变ＦＧＭ的各项设计参数来实现残余应力和工作应力在ＦＧＭ中的分布达到最优,还给出了设计１个ＦＧＭ时系统的运行实     

功能梯度压电材料中裂纹尖端热应力分析

分析了功能梯度压电材料中裂纹尖端的热应力．针对考虑的问题,通过Fourier积分变换把混合边值问题的求解转化为裂纹面上位移间断为未知量的对偶积分方程,然后利用Sehmidt方法来求解,最后通过数值算例讨论了温度及材料系数对应力强度因子、电位移强度因子的影响．     

功能梯度材料中裂纹问题的边界元分析

采用基于边界元方法的广义Kelvin解对功能梯度材料中的裂纹问题进行了研究，主要在对裂纹的评价中采用了多域法和八节点面力奇异边界单元，并采用层离散化方法用来近似功能梯度材料，计算出了不同条件下功能梯度材料中币形裂纹的应力强度因子。     

功能梯度材料热弹性断裂问题的数学模型

探讨各向同性功能梯度材料裂纹板热弹性断裂问题的数学模型．将热弹性常数依次设为空间变量的任意函数、指数函数和幂函数，建立了各向同性功能梯度材料的常用热弹性断裂问题的数学模型，即一系列相关的偏微分方程组边值问题．