非线性复合材料层板分层屈曲及后屈曲分析

基于修正的HahnTsai非线性本构关系,用准三维有限单元法分析了材料非线性对对称角铺设复合材料层板分层屈曲、后屈曲以及能量释放率的影响,提出一种修正的反幂法计算材料非线性层板的临界载荷·与不考虑材料非线性结果比较表明:材料非线性使复合材料层板的屈曲载荷降低,降低幅度与分层长度和纤维铺设方向有关;能量释放率及其组分均有不同程度增加;后屈曲变形加快,裂尖层间应力奇异程度下降·     

损伤对复合材料层板层间裂纹奇异性的影响

基于连续损伤理论,采用非线性多标量连续损伤模型和有限元法对含Ⅰ型裂纹的纤维增强复合材料层板的裂尖应力奇异性进行了分析·在计算中,应用了损伤与位移同时迭代的全耦合法,并考虑了几何非线性的影响·结果表明:有限元法分析含损伤裂尖应力场奇异性是有效的;在材料硬化阶段,含层间裂纹的层板裂尖前缘应力奇异性总是存在的;损伤演化、材料常数影响裂尖应力奇异性,当材料常数的变化使损伤增大时,将导致应力奇异性程度下降·     

冲击载荷作用下层间短纤维增韧研究

采用基于全量Lagrangian理论的非线性有限元方法研究了冲击载荷作用下含层间短纤维的复合材料层板的分层扩展问题.通过Newmark方法求解动力学方程,以能量释放率作为裂纹扩展准则.用节点双编号和节点分离技术模拟裂纹扩展,用双向弹簧单元模拟层间短纤维作用.通过改变弹簧刚度修正短纤维桥联力,在裂纹表面和冲击接触区设置接触单元,并以罚函数法计算接触力,分析了层间短纤维的桥联作用对裂尖应力场和能量释放率的影响.结果表明:层间短纤维的桥联作用有效地降低了层间应力集中程度和裂尖能量释放率,增韧效果明显.     

Mooney-Rivlin材料Ⅰ型裂尖场的有限元分析

运用大型通用有限元软件ANSYS分析了平面应变情况下某橡胶材料Ⅰ型裂纹尖端的变形和主应力分布。数值结果表明：在裂尖附近不仅存在应力奇异性，而且变形存在扩张区与收缩区；较大的主应力σ1是拉应力，比另一个主应力σ2高约两个数量级，所以σ1对裂尖附近的变形起主导作用，其方向和裂纹方向接近垂直；在(R， )坐标系中观察应力奇异性，则扩张区与收缩区内σ1具有相同的奇异性。     

一种用于水力裂缝扩展数值计算的材料断裂能反演方法与应用

为研究预置裂纹对水力裂缝扩展行为的影响，利用基于扩展有限元法的虚拟裂纹闭合技术计算能量释放率，借鉴PFC参数标定的思想，提出一种依据水压与裂尖能量释放率的关系反演材料断裂能的方法.将此方法计算出的断裂能作为材料参数，得到的起裂水压模拟值，与相关文献及水力压裂试验值对比，误差均不超过7%,证明了方法的可靠性.在此基础上研究水压注入预置裂纹时水力裂缝的力学行为，采用最大能量释放率准则，分析了围压应力和预置裂纹初始倾角对水力裂纹起裂与扩展的影响.结果表明，对于类岩石内斜裂纹，在水压作用下发生拉剪破坏，水力裂纹朝向裂纹前端拉应力等值线距离裂纹尖端最近的方向进行扩展，该方向径向切应力为0;相比于地应力，预置裂纹倾角对水力裂纹起裂水压力的影响较大，因此应主要通过改变注射角或者选择45°～60°的天然弱面进行压裂，从而降低工程成本.     

基于非局部隐式梯度模型的混凝土断裂损伤

介绍了隐式梯度模型及其与非局部模型的关系;分析了隐式梯度模型中非局部等价应变求解时形函数的选取原则;讨论了受均布载荷作用下平面应力裂纹混凝土板裂尖的应变场;提出了隐式梯度模型中采用数值外插法求解裂尖的非局部等价应变,解决了裂尖损伤场光滑问题.数值计算表明隐式梯度模型对避免软化损伤模拟时的病态网格依赖性和零能量损耗有非常好的效果.     

平面准晶中的路径守恒积分及其应用

目的 建立平面准晶中能量型路径守恒积分及其对偶形式,并确定准晶裂纹体裂尖应力奇异性阶数。方法,建立对过程中利用了平面准晶弹性理论的基本控制方程和高斯定理。结果与结论 给出了平面准晶体在静态,动态和运动裂纹情形时的路径守恒积分及其对偶形式,给出了守恒性证明,得到准晶裂纹体裂尖应力具有－１／２奇异性,与解析结果相符。     

用正电子湮没技术研究Ⅰ型裂纹尖端附近的损伤区

用正电子湮没技术研究LY12CZ铝合金材料裂纹尖端附近的损伤区,采用正电子湮没寿命谱的两态捕获模型,将正电子在缺陷中湮没的平均寿命τ作为损伤变量的参量,得到裂纹尖端附近区域损伤值D的分布,并发现从裂尖到离裂尖大约1／2板厚处范围内具有三维效应。     

复合载荷作用下大晶粒铝裂纹尖端延性损伤行为的研究

应用电镜原位拉伸方法研究了复合载荷（Ⅰ＋Ⅱ型）作用下大晶粒铝裂纹尖端的塑性变形行为和延性损伤过程，用有限元结果对复合型损伤进行了力学分析。结果表明：在复合载荷作用下，裂纹尖端受相反塑性变形作用，裂尖变形符合锐化－钝化模型，异于纯Ｉ型载荷下的钝化模型，是多系滑移的结果。延性材料裂尖的损伤发生在钝化区域（裂尖的均匀滑移区）而非锐化区（裂尖的集中滑移区）。裂尖的启裂是沿应力三轴性水平最大方向进行，此方向     

三点弯曲混凝土梁能量释放率的有限元计算

采用有限元分析方法(FEM)对三点弯曲混凝土梁的能量释放率进行了计算,在对混凝土梁进行单元划分时,避免使用奇异性单元来模拟梁的裂尖奇异性.在梁的中线上采用双重节点技术,逐步释放裂尖单元节点的方法来模拟裂纹的扩展.基于虚拟裂纹闭合方法,分别对不同裂纹长度的混凝土梁进行了计算.计算结果表明,用该方法计算出来的能量释放率与理论值有很好的吻合性,证实了该方法的可行性.     

滑动接触效应对裂纹尖端J积分值影响分析

采用断裂力学和有限元法对无润滑摩擦条件下滑动接触效应对摩擦表面裂纹尖端J积分值的影响进行研究,分别得到了不同摩擦因数、接触压力、裂纹长度和裂纹形态下裂纹尖端J积分值的变化规律.结果表明:摩擦效应对裂纹尖端J积分值的影响因裂纹形态不同而变化;对于竖直型裂纹,摩擦效应的增加加剧了裂纹尖端J积分值的变化;对于斜裂纹,在滑动至裂纹附近时,摩擦效应的增加减弱了裂纹尖端J积分值的变化.裂纹尖端J积分值波动幅度随着接触压力的增大而增大.相同接触压力和摩擦效应下,裂纹与滑动速度方向的夹角越小,裂纹尖端J积分值变化越显著.裂纹尖端J积分值随着裂纹深度的增加先增大后减小.     

缝线在复合材料单搭接头中的作用

应用数字图像相关（digital image correlation,DIC）技术测量了拉伸栽荷下复合材料单搭接头中缝线附近区域的应变场分布,从而了解缝线破坏复合材料细观结构所带来的负面影响．同时,应用有限元方法计算了缝线对于粘接界面裂纹尖端的应变能释放率（strain energy release rate,SERR）的影响,从而阐明了缝线对于延缓粘接界面裂纹扩展所起的作用．     

损伤与断裂耦合效应的能量理论研究及应用

以Ⅰ型裂纹为主要研究对象,基于能量法和损伤能量释放率的概念,推导出一种用于描述裂纹尖端邻域内损伤场与断裂场的耦合效应参数:损伤型能量释放率.运用双G模型理论,应用ANSYS仿真分析三点弯曲梁的裂纹扩展过程,把得到的损伤型能量释放率结果与损伤断裂的参数进行对比分析.结合盖下拱坝工程有限元模型,将人工底缝前沿损伤型的能量释放率、平均损伤、能量释放率以及损伤能量释放率4者随水位变化的发展进行比较,说明该参数可以综合考虑损伤与断裂的耦合效应.此外,建立了该参数的应用模式.     

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。     

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。     

非均质焊接接头的裂纹尖端拘束与J积分应用的可行性

采用弹塑性大变形有限元方法，分析了平面应力状太民下非均质焊接接头中以应力三轴度表征的裂纹尖端拘束。结果表明，接头中裂纹尖端拘束不能满足ＨＲＲ场要求而显示出与接头区配、裂纹长度和裂纹模型有关的复杂演化规律。因此，在焊接接头直接应用Ｊ积分作为断裂参量存有问。     

材料线弹性断裂力学的断裂准则研究进展

 断裂准则在预测含裂纹材料发生破坏的时间、位置和裂纹扩展路径等方面具有重要意义。重点总结了线弹性材料中裂纹的断裂准则，阐述了应力强度因子准则、最大能量释放率准则、最大拉应力准则、最大拉应变准则、最小应变能密度准则等常用的断裂准则理论及其现状，以及这些准则的优点和局限性；基于常用断裂准则对应力分量和临界半径考虑不足，归纳了国内外学者提出的修正断裂准则，包括考虑T应力（非奇异项）和可变临界半径rc的影响。分析了断裂准则在岩石和混凝土脆性材料中的应用，针对基于断裂准则预测其破坏行为时存在的难题，建议将裂纹尖端应力场的高阶项T应力引入断裂准则，能更准确地预测裂纹的扩展路径与偏转角。     

缝端奇异边界单元和界面裂缝的应力强度因子计算

虽然不同材料的界面裂缝缝端应力情况很复杂，但是在拉剪荷载作用下，仍然存在主 导缝端奇异特性的特征参数──应力强度因子，且其主导奇异项仍为１／２，因此可以采用１／４ 奇异边界单元模拟缝端的位移场和应力场。作者沿界面引用边界元，在界面裂缝周围引入１／４ 奇异边界元，给出了计算异弹模界面缝复应力强度因子的计算格式，定义了界面裂缝的等效能 量释放率，探讨了界面裂缝的断裂差别指标，并应用于混凝土坝与岩石地基的界面裂缝扩展分 析中，得到一些有关坝工安全的重要提示。