压电无限体中外圆裂纹与力电偶极子的相互作用

利用侯鹏飞[1]所得场强度因子基本解,用初等函数的形式给出了在力偶极子和电偶极子作用下压电无限体中外圆裂纹任意裂尖处的三种类型的应力强度因子和电位移强度因子的解析解.     

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。     

基于有限元法的二维裂纹应力强度因子研究

基于有限元分析方法，对有限大平板中存在的中心穿透裂纹，分别用不同的方法分析其裂纹尖端应力、应变场分布，计算出裂纹尖端的应力强度因子．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。     

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.     

压剪应力作用下复杂形状多裂纹应力强度因子

探讨了压剪条件下复杂形状裂隙间的相互作用对应力强度因子的影响．利用裂纹孤立原理将原始问题分解为5个只含单一直裂纹的问题．根据裂纹表面应力自由的边界条件，利用伪力的Legendre多项式展开和连续分布位错使相互作用裂隙边界条件得以满足，最后推导了第1种Cauchy型和第1种Fredholm型奇异积分方程．该方法可以解决弯折裂纹、周期性排列的裂纹相互作用对应力强度因子的影响．数值结果表明，本文解与精确解、BEM解吻合较好，表明本方法是正确、可行的．     

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。     

Ⅰ型裂纹尖端圆弧对应力强度因子的影响

应力强度因子表征了裂纹尖端奇异应力场的强度,它是研究裂纹扩展规律和带裂纹构件强度的基础。本文采用有限元法,对受均布荷载作用存在边缘Ｉ型裂纹的平面板进行了数值分析。研究了裂纹尖端圆弧对应力强度因子的影响,分别计算了具有不同裂尖圆弧 的Ｉ型裂纹的应力强度因子。采用应力法计算不同半径处的表观应力强度因子,插值到裂尖圆弧而得。根据计算结果,绘制KⅠ-r0曲线,利用最小二乘法拟合至尖裂纹（r0=0）即得理想尖裂纹的应力强度因子,与解析解相差仅0.7%。该曲线为带圆弧裂纹的应力强度因子测试和带圆弧裂纹构件强度计算提供了依据     

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。     

Ⅰ型裂纹尖端圆弧对应力强度因子影响的数值研究

应力强度因子表征了裂纹尖端奇异应力场的强度,它是研究裂纹扩展规律和带裂纹构件强度的基础。采用有限元法,对受均布荷载作用存在边缘Ⅰ型裂纹的平面板进行了数值分析。研究了裂纹尖端圆弧对应力强度因子的影响,分别计算了具有不同裂尖圆弧r_0的Ⅰ型裂纹的应力强度因子。采用应力法计算不同半径处的表观应力强度因子,插值到裂尖圆弧而得。根据计算结果,绘制K_Ⅰ-r_0曲线,利用最小二乘法拟合至尖裂纹(r_0=0)即得理想尖裂纹的应力强度因子,与解析解相差仅0.7%。该曲线为带圆弧裂纹的应力强度因子测试和带圆弧裂纹构件强度计算提供了依据。     

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 .     

双剪统一强度理论下复合裂纹的研究

应用双剪统一强度理论,研究了复杂应力下Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型复合断裂问题,给出了包含反映材料拉压性能差异的参数α及反映中间主应力效应的参数b的双剪统一强度断裂因子,通过改变拉压性能差异系数和中间主应力作用效应系数,退化得到不同屈服准则和不同材料下的断裂因子。当取不同的参数时,该统一解退化为双剪应力屈服准则解、MohrCoulomb解、Tresca和Mises解。结果表明,该双剪统一强度断裂因子可以适应于各种不同材料和不同受力情况,能充分发挥材料潜力,有重要的工程应用价值。     

应力强度因子的积分变换与数值求解法的比较

提出Fourier积分变换和有限元数值解法求解工程断裂力学中应力强度因子KI的两种解法,而KII可通过两者之间的关系导出,其解值与实际均基本吻合。初步分析和验证了后者解析解的误差关系。这两种方法具有简单方便的特点。     

J积分法计算压电材料平面问题的能量释放率和强度因子

运用压电材料的广义变分原理推导出了压电材料平面应变问题的有限元列式，并且采用Ｊ积分法计算了压电材料平面应变断裂问题的能量释放率Ｇ．然后，用Ｓｏｓａ的平面问题裂端渐近解作为辅助场，用有限元数值解作为真实场，由推广的交互Ｍ积分法求得了应力强度因子ＫⅠ、ＫⅡ及电位移强度因子ＫⅣ．算例表明，计算结果与理论解符合得很好     

双弹性材料界面裂纹平面问题的边界积分方程解法

本文利用作者关于Ｇｒｉｆｆｉｔｈ裂纹问题边界积分方程法的已有结果，研究了两种不同弹性半平面材料粘接界面的共线裂纹问题，导出了问题的边界积分方程和应力强度因子的位错密度公式，获得了问题的一般解析解，对界单裂纹问题和界周期裂纹问题进行了详细讨论，给出了非对称载荷作用情形应力强度因子的精确解和一些典型问题的结果，比文献上用复函数法得到的结果更为一般。     

基于频域比例边界有限元法的双材料界面裂缝瞬态动应力强度因子的计算

提出了一个基于频域比例边界有限元法的双材料界面裂缝瞬态动应力强度因子的计算方法．因为频域比例边界有限元法的应力解的半解析性质,双材料界面裂缝的复应力奇异性被显式表征,这样复合型动应力强度因子得以从基本定义导出．在得到动应力强度因子的复频响应函数之后,应用快速傅里叶变换和反变换,得到应力强度因子的时程解．模拟了一个典型算例,发现因为比例边界有限元法解的半解析特性,仅用很少的自由度就得到了比较精确的结果．     

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.     

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．     

断裂力学中应力强度因子的2种解法

提出Fourier积分变换和有限元数值解法求解工程断裂力学中应力强度因子KⅠ的2种解法，而KⅡ可通过两者之间的关系导出，其解值与实际均基本吻合；初步分析和验证了后者解析解的误差关系。这2种方法具有简单方便的特点。     

二维裂纹传播的动光弹性分析

本文用动光弹性法分析探讨二维裂纹传播动态特性,用多火花高速照相机记录双悬臂梁试件中裂纹传播的光弹性等差线条纹图,在几个包含从起裂到止裂的试验中取得这些条纹图的试验数据,给出时间对裂纹长度t-a和裂纹长度对动态应力强度因子a-K_Id两组曲线。讨论了运动方程和它的解。给出裂纹传播的裂尖附近的动态应力场和提供一个光弹性估计动态应力强度因子的实用分析程序。从本文解出发,将数值分析等差线条纹图和试验的等差线条纹图对照,可见两者能很好的符合。     

压电材料平面问题应力强度因子的边界元计算

从压电介质的基本方程出发,利用功的互等原理,推导了边界积分方程．利用边界元分区算法研究了压电材料无限大平面含中心裂纹的断裂计算,在裂纹尖端采用１／４面力奇异单元,分别计算了应力强度因子ＫⅠ、ＫⅡ和电强度因子Ｋｅ,并讨论了电强度因子Ｋｅ随电载荷的变化规律．计算结果和理论解相吻合．