有限宽裂纹板受一对集中剪力时弹塑性解

针对运用断裂力学传统方法进行裂纹尖端的弹塑性应力场分析均为小范围塑性区的假定,不能准确反映塑性区应力情况的问题,利用裂纹线场分析方法,对理想弹塑性材料的有限宽平面板在裂纹面受到一对集中剪力作用时裂纹线附近的应力场及弹塑性边界进行了分析。不采用小范围塑性区的假设,直接通过将裂纹线附近弹塑性边界上弹性应力场与塑性应力场的匹配,获得了裂纹线附近弹塑性应力场的解析解以及弹塑性边界上单位法向量的表达式。用裂纹线分析方法可以准确地反映裂纹附近的弹塑性应力分布,该种方法的应用将成为断裂力学的一个重要发展方向,对石油天然气构造应力分析、材料力学分析具有参考价值。     

Ⅰ型裂纹端部的非线性损伤场

对聚合物材料ＨＩＰＳ进行了系统的变形－损伤试验研究．用提出的弹塑性损伤变量与关系分析了Ⅰ型裂纹端部的损伤场,给出了损伤场内非线性纵向应变分布与纵向应力分布．给出的损伤分析方法为进一步研究裂纹在损伤区内的稳定扩展奠定了新的基础     

Ⅰ型型纹端部的非线性损伤场

对聚合物材料ＨＩＰＳ进行了系统的变形－损伤试验研究,用提出的弹塑性损伤变量与关系分析了Ⅰ型裂纹端部的损伤场,给出了损伤场内非线性纵向应变分布与纵向应力分布,给出的损伤分析方法为进一步研究裂缝损伤区内的稳定扩展奠定了新的基础。     

橡胶增韧环氧树脂增韧机理的断裂力学研究

测量了 ＣＴＢＮ增韧环氧树脂的ＪＲ阻力曲线，利用理想弹塑性平面应变Ｉ型定常扩展裂纹的局部解及塑性介质中孔洞演化的Ｒｉｃｅ－Ｔｒａｃｅｙ方程，近似计算了裂纹尖端附近的孔洞化塑性体膨胀和残余应变能密度。通过对增韧机制的力学分析．得到定常扩展裂纹与起裂状态时的断裂韧性差值与 ＣＴＢＮ体积分数及材料断裂应变的关系式，它对环氧基材料的增韧设计有一定的指导意义。     

正交异性介质中稳恒扩展裂纹尖端的位移场

将正变异性材料视为理想弹塑性材料,采用R·Hill屈服准则及与之相关的流动法则,假定材料不可压缩的条件下,获得了稳恒扩展裂纹尖端应力、应变场.在此基础上,可以获得正交异性介质中稳恒扩展裂纹尖端的位移场.结果表明,应变场具有In(A/r)的奇异性,位移场具有rin(A/r)的量级.     

损伤材料中扩展裂纹的应力场

利用Ｇｕｒｓｏｎ本构理论，导出了损伤材料在平面应力条件下准静态定常扩展Ｉ型裂纹近裂纹线应力场和裂纹前方塑性尺寸的解析表达式。研究结果表明：随着材料损伤量的增加，裂纹尖端处应力降低；裂纹尖端处应力不存在奇异性；裂纹前方塑性区尺寸受材料损伤程度的影响。     

损伤材料中扩展裂纹的应力场

利用Ｇｕｒｓｏｎ本构理论，导出了损伤材料在平面应力条件下准静态定常扩展Ｉ型裂纹近裂纹线应力场和裂纹前方塑性区尺寸的解析表达式。研究结果表明：随着材料损伤量的增加，裂纹尖端处应力降低；裂纹尖端处应力不存在奇异性；裂纹前方塑性区尺寸受材料损伤程度的影响。     

含不同角度穿透裂纹板拉伸断裂的有限元模拟

对含不同预置角度穿透裂纹板受拉伸断裂过程进行了数值模拟.选用增量型弹塑性本构关系,采用自编有限元程序求解虚功原理方程,裂纹扩展参照了LS-DYNA商业计算软件处理断裂问题的单元失效方法,考核了不同幅值载荷和预置裂纹角度的影响,给出了不同时刻等效应力云图和指定点的应力、应变随时间变化曲线.计算结果表明:当应力波在板中传播时,会在裂纹尖端引起应力集中,板产生垂直裂纹和水平裂纹.垂直裂纹扩展垂直于加载方向,水平裂纹扩展平行于加载方向,两者均与预置裂纹角度无关.板上不同位置的应力变化仅和相对裂尖位置相关,而与预置裂纹角度无关.相对裂尖位置、与板边界距离和加载位置是影响应变随时间变化的主要因素.当载荷幅值较小时,不会出现裂纹扩展.当载荷幅值较大时,聚集在裂纹尖端的应变能需较长时间才能释放,这会影响水平裂纹的出现时间.     

循环载荷下缺口板弹塑性应变分布测定

用电测法测定了带有中心圆孔矩形铝合金（ＬＹ－１２－ＣＺ）板在循环载荷作用下横截面的弹塑性应变分布，同时测定了循环载荷下孔边应力──应变回线，弹塑性应变集中系数Ｋε和应力集中系数Ｋσ，并和四种近似公式的计算结果进行了比较。发现在循环加载情况下用电测法绘制载荷──应变回线，并根据回线出现畸变的现象，可以灵敏的检测裂纹的萌生和早期扩展。     

扩展中裂纹尖端位移场、应变场──moire放大倍增技术在断裂力学中的应用

应用放大ｍｏｉｒｅ倍增和动态ｍｏｉｒｅ技术对软钢平面应力Ｉ型裂纹试件进行实验，得到以下主要结果，取到裂纹线弹性皮．小范围屈服，大范围屈服段，裂纹起裂，稳态扩展，稳恒扩展，失稳扩展段的裂纹尖端位移场和应变场。给出了裂纹扩展量△ａ与应变尺寸Ｒ（ε）的关系曲线。给出裂纹扩展过程中张开角ＣＯＡ的变化。对裂纹张开位移ＣＯＤ与σ／σｓ的曲线在较小范围屈服条件下与Ｗｅｌｌｓ计算结果进行了比较。对～ε０／εｓ曲线进行了讨论。     

含随机微裂纹的椭圆孔口应力分析

针对实际工程中广泛存在的孔洞边缘含有随机微裂纹的孔口应力分析问题建立了理论模型.利用微裂纹在小尺度下的局部保角性构造近似的复变函数,通过对微裂纹与宏观孔洞的尺度分离获得了不同尺度下椭圆孔口的应力场,并扩大了复变函数的应用范围.结果表明,通过近似的复变函数的构造和微裂纹与宏观孔洞的尺度分离,能够准确计算含微裂纹椭圆孔口的应力场和应力强度因子.当含随机微裂纹的椭圆孔洞所在平面承受竖向均布载荷时,椭圆长短轴的比值越大,应力强度因子的极值越大,且应力强度因子沿椭圆边缘的衰减速度越快;当椭圆长短轴的比值足够小时,微裂纹位置对应力强度因子的影响不大.     

受纯扭正交异性双材料的界面裂纹尖端场

通过构造特殊的挠度函数,利用复合材料断裂复变方法,对正交异性双材料在受纯扭曲载荷作用下的界面裂纹尖端进行了探讨。在特征方程组的判别式都小于零时,通过求解两个八元齐次线性方程组,推出了含两个实奇异指数的应力函数,并得到了界面裂纹尖端附近的弯矩、扭矩的计算公式。     

断裂力学法研究多轴疲劳裂纹扩展的速度

若对裂尖附近的单轴应力场应用叠加原理,则可合成多轴裂尖应力场分布;由裂尖处材料微元体在合应力下的破坏应当服从第四强度理论,则导出多轴作用下的等效应力强度因子;借用Paris公式的形式,则导出了一个多轴疲劳裂纹扩展速度的等效公式;这个公式应当具有工程上的意义。     

双材料纯扭界面裂纹断裂研究

对弯曲载荷作用的正交异性双材料界面裂纹尖端附近的应力场进行探讨．通过选取特别的中面挠度函数,利用复合材料断裂复变方法对受弯曲载荷作用的正交异性双材料界面断裂问题进行了研究．通过求解一类广义重调和方程组边值问题,当特征方程组的判别式△1〉0和△2〈0时推出了受纯扭曲载荷下界面裂纹尖端的弯矩、扭矩、应力的计算公式．     

脆性材料复合裂纹断裂判据研究

研究了混凝土等拉压强度不等的脆性材料在平面应力和平面应变情况下裂纹附近的塑性区的范围，并给出了相应的表达式；运用在一定外力作用下物体内等效应力作为断裂判据，推测含复合裂纹的脆性材料的裂纹扩展时的临界条件相扩展方向，计算了试件在6个不同裂纹角时断裂角的大小，其结果与最大周向正应力理论判据、最小应变能密度理论判据及实验结果比较，说明用最小等效应力作为含复合裂纹的脆性材料的裂纹断裂判据是可行的．     

含轴对称抛物线曲裂纹平面弹性问题的解析解

研究含轴对称抛物线曲裂纹平面弹性问题.采用了传统的复变函数保角映射法,给出了一个新的保角变换公式,从而将抛物线曲裂纹外的区域映射到一个复平面的单位圆内.得到了含轴对称抛物线曲裂纹平面弹性问题的曲裂纹尖端Ⅰ型应力强度因子的解析表达式.本解在特殊极限条件下可解析地退化到穿透型直线裂纹的经典解.参数分析表明轴对称抛物线曲裂纹尖端的应力强度因子与抛物线曲裂纹的尺寸和形状有关.     

焊接接头裂端塑性区发展与应力三轴性

采用有限元计算方法分析了平面应变条件下中心裂纹和三点弯曲不同强度匹配和裂纹深度试样中的裂端场．结果发现，焊接接头裂端应力三轴性随加载方式、裂纹长度及焊缝和母材匹配性质不同而变化，并从焊缝和母材塑性区发展及应变硬化方面进行了解释．同时指出，由于焊缝和母材塑性变形及交互作用导致的裂端韧带上拉应力的改变是不同接头中应力三轴性变化的根本原因     

随机载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展

基于船舶等工程结构物在服役过程中的受载历程是一个随机过程,提出了一个由应力比和裂纹尖端约束及塑性区尺寸为主要参数计算裂纹张开比来考虑载荷相互作用的疲劳裂纹扩展寿命计算模型.用该模型对几种谱载荷作用下疲劳实验结果进行了预测.预测结果和不考虑裂纹闭合的线性损伤模型及疲劳计算程序FASTRAN预测结果进行了比较,表明本模型能较好地预测谱载荷作用下的疲劳裂纹扩展.