远端剪切作用下正交各向异性介质中椭圆夹杂的弹性场分析

求解一类正交各向异性介质中平面椭圆夹杂在远端作用与椭圆主轴呈任意角度均匀剪切力情况下,内受非弹性特征应变引起的弹性场。采用各向异性平面问题的复变函数解法,结合保角变换方法,将远端剪切作用转化为在基体内边界上的初始应变,根据最小应变能原理,获得夹杂/基体系统弹性应力和应变场的封闭形式解析解。     

各向异性全平面包含多边形夹杂的非均匀问题内部弹性场的近似算法

对于各向异性全平面中包含多边形夹杂的非均匀问题,提出一种精确的闭型解和简单的迭代方法.基于特征应变等效体力的概念,首先,用沿着夹杂物边界的格林函数的线积分表示诱导弹性场;然后,将此闭形解应用到各向异性全平面中包含多边形夹杂的模型中,迭代计算夹杂为正方形和三角形量子线模型的内部弹性场;最后,将数值结果与边界元方法计算的结果进行对比.研究表明,两种算法的结果比较吻合.     

含椭球夹杂体的异质结构全空间弹性场

异质结构半导体材料通常比均质半导体材料具有更优异的性能,但嵌入的夹杂体因晶格失配或热膨胀而产生的本征应变会对材料整体性能产生严重的影响。因此有必要对非均质夹杂体对异质结构的全空间弹性场的影响进行研究。根据Eshelby经典夹杂理论,综合考虑实际半导体材料的各向异性和非均质性,基于等效夹杂法和格林函数法建立了含椭球夹杂体的异质结构解析模型。为求解该模型,通过傅里叶变换和逆变换推导格林函数及其导数在实空间的精确数值积分,从而得到全空间弹性场的数值积分表达式,并与文献和有限元结果对比验证了模型的正确性并说明了材料各向异性假设的必要性。利用所建模型重点分析了非均质夹杂体的形状和材料参数对全空间应变场的影响。结果表明,非均质夹杂体的形状变化会使内部弹性场由平面应力状态转变为平面应变状态,且影响界面附近的应变大小和衰减程度。本征应变仅包含正应变分量时,最终弹性场不随具有正交或更高对称性晶体结构的夹杂体剪切弹性常数变化,而只和拉伸弹性常数有关,且整体变化趋势与夹杂体的拉压弹性常数变化趋势一致。     

利用复变格林函数法的Eshelby夹杂外场的一般显式解析解

针对目前仍然没有文献给出椭圆异性夹杂外场的完全显式解析表达的情况，通过重新研究二维Eshelby椭圆异性夹杂问题，得到了具有均匀特征应变分布的Eshelby椭圆异性夹杂在远场载荷作用下内外场的一般显式解析解。此外，重新研究了经典的Inglis椭圆孔问题，得到了其在直角坐标系下的显式解析解。首先利用等效特征应变原理求解了具有均匀特征应变分布和远场载荷作用的椭圆异性夹杂内的应力分布，然后在平面弹性力学框架下，利用复变格林函数法描述了Eshelby椭圆异性夹杂模型，给出了远场载荷下具有均匀特征应变分布的Eshelby椭圆异性夹杂外部场的一般显式解析解，最后探讨了它在液体夹杂问题中的应用，结果表明：内部压力和远场载荷均会导致基体长轴两端端点附近应力高度集中；液体夹杂的存在会减小系统的剪切模量。本文得到的Eshelby椭圆异性夹杂问题的一般解析解更简便，而且其在液体夹杂问题中的研究结果能够解释土体液化的微观机理及液体夹杂对土体滑坡的影响。相比较曲线坐标系下的Inglis解，本文得到的直角坐标系下的Inglis解是一种通用形式，更简洁。     

含圆形弹性夹杂的反平面问题

运用复变函数技术,求出了无限弹性平面含不同弹性材料的圆形夹杂,在反平面剪切和反平面集中力作用下,应力和位移场的封闭形式解,并由此得出相应的界面应力公式。     

弹性半平面矩形夹杂基本单元解及其应用

工程材料中存在的夹杂通常会对基体材料的弹性场产生扰动,当夹杂位于表界面附近时,夹杂与表界面的相互作用往往导致问题的解析求解变得复杂、困难。推导了二维半平面基体中矩形夹杂所致位移和应力场的基本单元解,用于通过“离散叠加”来求解半无限平面含任意形状夹杂的弹性场。与之相比,传统的有限元法需要在远大于夹杂尺寸的半无限大基体域上进行网格划分,并且需要在夹杂/基体界面处细化网格以满足计算精度要求。提出了半解析算法,基于矩形夹杂单元封闭解,只需对夹杂区域进行离散,可有效提高计算效率。以半平面基体中含正六边形和圆形夹杂为例,该方法与有限元软件得到的结果进行对比,验证了基于单元解的半解析数值算法的正确性与有效性。     

双材料中带均匀本征应变椭球夹杂的弹性场

探讨了在两理想结合半无限大体中一带均匀本征应变椭球形夹杂引起的弹性场。通过体积元素积分得到的调和势函数通过椭圆积分及其导数表示。在椭球夹杂边界上的法向力、切向力和椭球夹杂内部主轴上的主应力都得到准确的计算。对于夹杂形状、距界面距离、材料的弹性常数等参数的影响也进行了分析。     

螺型位错与含共焦裂纹弹性椭圆夹杂的干涉效应

研究了基体与夹杂中任意位置螺型位错与含共焦裂纹弹性椭圆夹杂的干涉问题,运用复变函数的分区全纯理论、柯西型积分、应力函数奇性主部分析方法与Rieman边值理论,将问题归结为一个初等复势函数方程的求解.获得了基体与夹杂区域复势函数的级数形式精确解,导出了裂纹尖端应力强度因子解析表达式和作用于位错的像力公式.计算结果表明:夹杂中的裂纹对于位错与夹杂的干涉具有强烈的扰动效应,它增强软夹杂对位错的吸引,减弱硬夹杂对位错的排斥,甚至将排斥转变为吸引.裂纹尖端附近的应力强度因子等值线表明,螺型位错位于裂纹尖端附近特定区域时对于裂纹扩展具有屏蔽效应.     

基于等效夹杂法的界面热应力分析

本文采用等效夹杂法研究含单个椭圆的夹杂平面在均匀温度变化下的热弹性问题.首先,利用二维椭圆夹杂的Eshelby内部张量和外部张量推导无限大平面下含单个椭圆夹杂的热应力计算公式,并编制成计算机程序;然后,通过典型数值算例证明本文方法的有效性,并与有限元结果进行比较.结果表明,本文方法具有高效率和高精度等优点.最后,使用本文方法分析了夹杂和基体的剪切模量以及椭圆夹杂的长短轴比对热弹性场的影响.     

基于等效夹杂法的含多圆形夹杂的无限平面热应力分析

为研究含多个圆形夹杂的无限大平面在均匀温度变化时的热弹性场分布,本文基于等效夹杂法且首次将Eshelby内部张量和Eshelby外部张量相结合推导了含多个圆形夹杂的无限大平面下均匀温度变化时的应力应变场计算公式,并通过FORTRAN编程实现该算法.由多圆夹杂的无限平面热应力分析可知:方形排布的夹杂可以明显降低界面热应力差值,当夹杂与基体的剪切模量比大于10时应力差值开始收敛.与有限元法相比,本文方法结果准确且计算效率更高.     

压电压磁复合材料椭圆夹杂界面开裂的电磁弹性耦合解

目的 讨论反平面剪切和平面内电场磁场共同作用下,压电压磁复合材料椭圆夹杂界面开裂的耦合解的表达式.方法 利用复变保角变换和级数展开法.结果 /结论给出了压电压磁弹性复合材料基体的复式表达式,并为计算受反平面剪切和平面内电场、磁场共同作用下的压电压磁复合材料能量释放率提供依据.     

含有圆形夹杂的无限大平面的弹性力学基本解

采用Airy应用函数法,对含有圆形夹杂的无限大平面的弹性力学基本解进行了系统分析,获得了径向及切相单位集中力作用下平面内任一点用显式表达的应力场和位移场。这一解答可以方便地应用于含有圆形夹杂的无限大平面问题的边界单元法研究,同时,也为研究均质弹性平面中的裂纹问题以及圆形夹杂和裂纹之间的相互作用问题提供了基础。     

具有非理想界面的椭球形夹杂的本征应力场

假设夹杂与基体的界面为非理想的，界面两侧的切向相对位移与切向应务成线性关系，对嵌入无限大基体的椭球夹杂与基体在本征应变场下的弹性场进行分析计算，给出了不同的界面刚度下界面处的应力分布。     

丝状材料单夹杂问题的弹性解

研究了丝状材料中含单一柱状夹杂轴对称本征应变问题,将原问题分解成两个子问题,并分别求得杆中的弹性场;再利用叠加原理,获得原问题的位移场、应力场及弹性应变能。     

含椭圆孔的压电材料反平面应变问题的精确解

考虑椭圆孔内空气介质对电场的作用，用复变函数的Ｆａｂｅｒ级数展开方法，分析了含椭圆孔的压电材料反平面应变问题的耦合场，给出了问题的精确解。将精确解与齐次边界条件结果（近似解）进行了比较，两者的弹性均完全一致，产生弹性场奇异性的物理因素相同。     

含椭圆形夹杂的压电材料反平面应变问题的基本解

应用复变函数的Ｆａｂｅｒ级数展开，导出了在集中载荷作用下，含椭圆夹杂的压电材料反平面应变问题的基本解。对几个简单情形的问题，给出了封闭形式的复型基本解和裂纹尖端的场强度因子，结果表明，应力强度因子与普通材料的应力强度因子相同，而电位移强度因子与前者有相同的表达形式。     

基体中螺位错偶极子与含共焦钝裂纹椭圆夹杂的干涉效应

将复变函数的分区全纯理论、柯西型积分、应力函数奇性主部分析方法与Riemann边值问题相结合,研究了基体中的螺型位错偶极子与含共焦椭圆钝裂纹的椭圆夹杂的弹性干涉问题,求得了基体和夹杂区域复势函数的级数形式精确解.并由此推导出了基体和夹杂区域的应力场、椭圆钝裂纹右端点的应力强度因子以及作用在螺型位错偶极子中心的位错像力和像力偶矩的公式,同时分析了螺位错偶极子倾角、夹杂和椭圆钝裂纹的尺寸以及材料常数对它们的影响规律.结果表明:位错力和应力强度因子随螺位错偶极子倾角作周期变化,且受相对剪切模量的影响很大.     

复合材料中夹杂内位错和圆弧形界面裂纹的弹性干涉效应

研究了夹杂中螺型位错和圆形弹性夹杂界面裂纹的相互干涉问题。运用复变函数的解析延拓技术与奇性主部分析方法，获得了该问题的一般解答。作为典型例子，求出了含一条界面裂纹时基体和夹杂区域复势函数的封闭形式解．导出了位错在夹杂中任意位置时界面裂纹尖端应力强度因子和位错力的解析表达式。该解答可作为Green函数研究夹杂中裂纹和界面裂纹的干涉作用，且公式的退化结果与已有献一致。     

含椭圆形夹杂的压电材料反平面应变问题的基本解

应用复变函数的Ｆａｂｅｒ级数展开，导出了在集中载荷作用下，含椭圆夹杂的压电材料反平面应变问题的基本解，对向个简单情形的问题，给出了封闭形式的复型基本解和裂纹尖端的场强度因子，结果表明，应力强度因子与普通材料的应力强度因子相同，而电位移强度因子与前者有相同的表达形式。     

螺旋位错与弹性椭圆夹杂干涉问题的一般解答

获得反平面一般荷载下 ,弹性椭圆夹杂问题的精确解 ,将复变函数的分区全纯函数理论 ,Cauchy型积分 ,应力函数的奇性主部分析 ,Rie-mann边值问题相结合 ,求得了各复势函数之间的解析关系 ,并将问题归结为一个初等复势函数方程的求解 .在一般荷载下获得级数形式精确解 ;在若干特殊情形下获得封闭形式解 .求出了由夹杂引起的干涉能及位错干涉力的解析表达式 ,并绘出了干涉力的变化曲线 ,研究了位错力随位错方位的变化规律 .解答的特殊情形与已有若干文献结果一致 ,并纠正了其中的一个错误结果 .