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。     

各向异性功能梯度材料板反平面断裂问题的力学模型

借助弹性力学理论、断裂力学知识及微积分方法，讨论各向异性功能梯度材料裂纹板在沿z轴方向剪切栽荷作用下的反平面断裂问题。将材料常数（刚度系数）设为空间变量Y的任意函数，建立了各向异性功能梯度材料板的反平面断裂力学模型，即一类偏微分方程边值问题。再将材料常数依次设为空间变量Y的指数函数和幂函数，建立了相应的反平面断裂力学模型，即一系列偏微分方程边值问题。这些模型是研究有关各向异性功能梯度材料板反平面断裂问题的一个出发点和理论基础，具有一定的参考价值。     

功能梯度材料的静态断裂特性实验

为了解梯度结构对功能梯度材料断裂性能的影响,利用相干梯度敏感(CGS)干涉测量技术对功能梯度材料的静态断裂力学性能进行了实验研究。首先研究了有机玻璃材料(PMMA)的光降解性能;在此基础上,通过控制试件各部分的受照射时间制备了材料性能连续变化的梯度材料。最后,通过CGS方法对3种不同材料试件的断裂性能进行了研究。结果表明,当裂纹位于功能梯度材料弹性模量较小的一边时,相同受力条件下试件裂纹尖端的应力强度因子较小。     

关于功能梯度材料反平面断裂问题的力学模型

讨论功能梯度材料裂纹板在剪切载荷作用下的反平面断裂问题。根据弹性力学基本方程、断裂力学有关知识，将弹性常数（剪切模量）依次设为任意函数、指数函数或幂函数，建立了各向同性、正交异性功能梯度材料板的反平面断裂模型，即一系列相关的偏微分方程边值问题。这对于功能梯度材料反平面断裂问题的研究具有一定的参考价值。     

各向异性功能梯度材料板Ⅰ型裂纹断裂力学研究

针对材料参数在厚度方向可按任意函数连续变化的梯度材料,给出了一个新的分层模型．恰当选取分析平面,使材料参数沿2轴方向按任意函数形式连续变化,利用该模型并借助复变函数方法,研究了各向异性功能梯度材料的Ⅰ型裂纹平面断裂问题．首次推出了材料参数沿梯度方向按任意函数连续变化的各向异性功能梯度材料板Ⅰ型裂纹尖端的应力场、位移场和梯度应力强度因子的理论计算公式．结果显示裂纹尖端应力场同样具有r反平方根的奇异性,因此可以运用广泛应用于均匀材料中的断裂力学方法来研究各向异性功能梯度材料问题．     

功能梯度材料弯曲断裂模型分析

讨论功能梯度材料裂纹板受纯弯、纯扭、弯扭载荷作用下的弯曲断裂问题。根据弹性力学基本方程、断裂力学有关理论，分别将弹性常数：杨氏模量、泊松比、剪切模量设为任意函数、指数函数或幂函数，建立了各向同性、正交异性功能梯度材料板的弯曲断裂模型，即一系列相关的偏微分方程边值问题。对于功能梯度材料弯曲断裂问题的研究具有一定的参考价值。     

基于分层法功能梯度压电材料单裂纹的受力分析

功能梯度压电材料是材料属性连续变化,各向异性的力电耦合材料。基于功能梯度压电材料的本构关系、几何关系和边界条件,利用软件ABAQUS建立了通用有限元模型。采用分层法进行材料的梯度仿真模拟,求解出含单裂纹的功能梯度压电材料板的断裂力学问题,表明功能梯度压电材料能够缓解材料的应力集中。详细讨论了当功能梯度参数增大时,裂纹周围应力变大;椭圆形裂纹应力集中程度要大于圆形裂纹;裂纹几何尺寸越小,裂纹周围应力越大,结构更加容易破坏。在今后功能梯度材料结构设计中,功能梯度参数不应太大,同时结构中应当避免出现尖锐的拐点或者微裂纹的出现,这对功能梯度压电材料结构设计及其实际应用起到了借鉴作用。     

基于分层线性离散模型的FGM板断裂力学分析

为对功能梯度材料(FGM)板进行断裂力学分析,提出了施加温度场建立FGM板分层线性离散模型的方法.采用该方法、梯度有限元法和常规有限元法对FGM板的应力场和位移场进行对比分析,结果表明该方法简便可行.在所提方法的基础上,采用扩展有限元法求解含裂纹FGM板的位移场,再利用位移外推法计算裂纹尖端的应力强度因子,通过上述方法对不同材料梯度参数、裂纹尺寸、裂纹倾斜角的FGM板裂纹尖端应力强度因子进行数值模拟.计算结果表明,合理地选择FGM板的梯度参数并控制裂纹尺寸能有效降低裂纹尖端应力强度因子.所提出的方法可推广应用于材料梯度分布为任意连续变化的FGM板断裂力学分析.     

功能梯度材料中SH波的传播

对功能梯度材料中SH波的传播问题进行了研究.建立了功能梯度材料中SH波的变系数微分方程.利用WKBJ理论对变系数微分方程进行了求解,给出了功能梯度材料中位移的解析解.以功能梯度材料剪切弹性模量和质量密度均呈抛物线变化为例进行了实例计算,得到了功能梯度材料中SH波的波速、波幅变化曲线,分析了功能梯度材料中SH波传播的一般性质.     

金属成形中韧性断裂准则的细观损伤力学研究进展

随着韧性材料内细观损伤发展机制的深入研究,细观损伤力学在预测金属材料发生韧性断裂的过程中发挥着越来越重要的作用.与传统的宏观断裂力学不同,细观损伤力学侧重于研究材料内细观损伤的演化对于材料宏观断裂的影响.介绍了细观损伤力学发展的背景;阐述了细观损伤力学的研究现状;探讨了细观损伤力学发展过程中所面临的一些问题和应变梯度塑性理论对于细观损伤力学发展的推动作用.     

功能梯度圆柱壳的屈曲问题

功能梯度材料是21世纪最有发展前景的新型材料之一,通过材料组份的梯度变化使其具有特殊的力学、热学特性。近年来,功能梯度材料与结构的研究已引起国际学术界广泛关住。对功能梯度圆柱壳的屈曲问题进行了研究。建立了功能梯度圆柱壳的几何方程、本构方程、平衡方程,得到了该圆柱壳的临界屈曲荷载,并对产生屈曲的因素进行了分析讨论。     

基于线法的功能梯度材料断裂分析

为了克服材料非均匀性引起的数值困难,一种半解析数值方法——线法,被引入功能梯度材料的断裂分析.通过有限差分将问题的控制方程半离散为定义在沿梯度方向离散节线上的常微分方程组,然后应用B样条高斯配点法求解该常微分方程组.为了演示线法功能梯度材料断裂分析的方法,给出了指数梯度含裂纹功能梯度材料板分别在恒定位移、弯曲载荷作用下...     

断裂力学的发展与研究现状

断裂力学是50年代开始发展起来的固体力学的新分支.主要按断裂力学发展的成熟度,着重介绍线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学、断裂动力学这三种经典断裂力学的基本理论与断裂准则,简要谈及建立在奇异性基础上经典断裂力学断裂理论所存在的主要问题与矛盾,以及对新材料断裂理论的探索与对未来断裂力学的展望.     

功能梯度材料裂纹尖端的动态应力场

功能梯度材料（FGMs）的优越性在于既能有效地抗腐蚀、抗辐射和抗高温,同时又能极大地缓解热应力和残余应力。笔者根据非局部理论对含反平面裂纹无限大功能梯度材料板在冲击载荷作用的问题进行研究。假设材料的剪切模量和密度为指数形式模型,泊松比为常数,利用拉普拉斯和傅立叶变换将混合边界值问题简化为对偶积分方程,并得到裂纹尖端应力场。     

基于温度及应力约束的功能梯度材料壳热分析*

为了推进功能梯度材料在导弹热防护结构设计中的应用,旨在研究温度和应力约束条件下功能梯度材料板的最佳设计变量。首先研究功能梯度材料物性参数随温度的变化规律,在此基础上探讨陶瓷体积分数指数、弹体厚度及热流密度对热传导温度的影响,分析温度约束下的最佳设计变量;同时,探讨确定热流密度下陶瓷体积分数指数、弹体厚度对功能梯度材料壳热应力的影响,分析热应力约束条件下的最佳设计变量。结果表明,体积分数指数大于5后,增大指数热防护效果不再明显,增大弹体厚度可以降低温度,但也会增加导弹整体质量,在同等量级的热流密度下,设计热防护层时不必使用同种厚度。     

功能梯度材料受冲击载荷作用裂纹尖端应力场

针对在经典弹性动力学范围内,裂纹尖端应力的奇异性未得到解决这一问题,根据非局部线弹性理论,研究含裂纹无限板在反平面冲击载荷作用下的问题.假设裂纹突然受到均匀载荷作用,材料的剪切模量和密度为指数形式模型,泊松比为常数.利用拉普拉斯和傅立叶变换将混合边界值问题简化为对偶积分方程,并得到裂纹尖端应力场的解析解答.     

梯度材料力学研究进展

梯度材料的广泛应用促进了梯度材料力学的深入发展。由于梯度材料在空间上渐变的特征。使得相应的力学行为与常规材料有较大的不同。文章分别就梯度材料力学中的细观模型、裂纹行为、热应力和数值计算方法等几个方面进行了阐述。回顾了近二十年来梯度材料力学所取得的研究成果和应用进展。最后探讨了梯度材料力学所面临的新课题及发展方向。