反平面切口根部裂纹应力强度因子研究

切口的应力集中与其根部裂纹的应力奇异性相互耦合,使得切口根部裂纹比纯裂纹尖端的应力状态更复杂.文章采用奇性特征分析法,对反平面切口根部的应力奇性特征进行分析,获取切口的奇性指数;基于有限元法对切口根部裂纹尖端区域应力场的计算结果,将应力奇性渐近展开式两边取对数后,采用线性插值的方法计算出切口根部裂纹的应力强度因子;考虑...     

有限大板单边裂纹非定常热弹性应力强度因子的分析计算

本文用有限Fourier变换方法,导出了有限大板单边裂纹表面无热耗散时非定常的温度场,并应用热应力函数法求得裂纹尖端热应力强度因子。     

功能梯度压电板条中的电渗透型运动裂纹

基于三维弹性理论和压电理论 ,研究了功能梯度压电板条中的电渗透型运动裂纹问题 .利用Fourier积分变换方法 ,将混合边值问题化为对偶积分方程 ,并进一步归结为易于数值求解的第二类Fredholm积分方程 .通过渐近分析 ,获得裂纹尖端应力、应变、电位移和电场的解析解 ,给出裂纹尖端场各个变量的角分布函数 ,并求得裂纹尖端场的强度因子 .结果表明 ,对于电渗透型裂纹 ,功能梯度压电板条中运动裂纹尖端附近的各个场变量都具有 - 1/ 2阶的奇异性 ,而且与固定于裂纹尖端的运动坐标有关 ;当裂纹运动速度增大时 ,裂纹扩展的方向会偏离裂纹面 .     

基于Newmark隐式时间积分方案的裂纹动态扩展的数值计算方法

扩展有限单元法(XFEM)是基于单位分解的思想,在常规有限元的位移模式中加入能够反映裂纹面不连续性的跳跃函数和裂纹尖端的渐近位移场函数,避免了常规有限单元法计算断裂问题时需要对裂纹尖端重新划分网格的不便以及繁重的计算量,并且裂纹的扩展独立于网格.标准有限元在处理时间积分时,在裂纹不断扩展的过程中整体刚度矩阵的自由度也会...     

无限长条板中动裂纹尖端的特性

介绍了断裂动力学的基本方程,得出了动裂纹尖端的近似应力场、位移场以及动应力强度因子,对尖端的塑性区做了一些讨论,推导出的裂纹尖端特性的基本理论,可指导工程中的设计和生产中的安全防护,并可以预测动裂纹开裂时的状态和扩展趋势.     

Ⅱ型动态扩展裂纹尖端的应变损伤场

采用塑性动力学方程,对Ⅱ型裂纹尖端的动态损伤场进行了渐近分析,给出了平面应变情况下的本构方程。位移、应力、应变被用对数系列展开,因此揭示了场的渐近特性。结果表明:在裂纹尖端附近,应力和应变分别具有如下的对数奇异性:     

金属材料裂纹尖端温度场和热应力场的数值模拟

用数值模拟方法研究了金属裂纹尖端的温度场和热应力场的分布情况.模拟结果表明,由于金属材料裂纹尖端的绕流效应而导致金属材料裂纹尖端产生焦耳热源,焦耳热源能够在裂纹尖端很小的范围内熔化形成焊口,从而使裂纹尖端处的曲率半径显著增大.同时,在裂纹尖端附近在放电过程中将产生很大的热压应力,可显著地减少甚至是消除裂纹前缘处的扩展应力,抑制了裂纹的进一步扩展,达到止裂的目的.     

电流密度因子及其分布规律

给出了具有裂纹的无限大导电薄板通入电流时，裂纹尖端电流密度因子的表达式，由电流密度与温度场的关系式进一步导出了电流密度因子与温度场的表达式，通过算例，描述了电流密度因子在裂尖附近的分布规律，为电磁热效应裂纹止裂方法的应用打下了理论基础。     

有宽限板应力强度因子计算的无网格法

采用全局径向基函数和移动最小二乘近似两种近似函数对平面线弹性断裂力学进行数值计算,用移动最小二乘近似时,选取一种新型的权函数-正态权函数,计算出两条平行裂纹和”条平行周期性裂纹的应力强度因子及其修正系数。与有限元法相比这一方法较具有较高的精度;并验证了采用全局径向基函数近似不能准确的模拟裂纹尖端应力场的奇异性。     

含双半圆形埋藏裂纹金属构件脉冲放电温度场分析

裂纹止裂技术是当前航空航天、船舶、军事及机械制造等许多工业生产和实际应用中急需解决的关键问题。针对含双半圆形埋藏裂纹金属构件脉冲放电问题,在理论上推导出脉冲放电后裂纹尖端附近电流密度分布和温度场分布以及两裂纹相互之间的热影响关系,采用有限元软件建立了三维有限元模型。由理论计算与数值分析可知,两方法所得温度场分布规律一致,温度误差和相对误差分别为75.560℃、3.150%,并对含双半圆形埋藏裂纹金属构件进行了脉冲放电实验研究,脉冲放电后裂纹尖端熔化、钝化。     

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。     

界面裂纹尖端场的有限变形分析

采用完全非线性弹性理论，研究了两类不可压缩材料形成的界面裂纹尖端场．通过将裂纹尖端场划分为收缩角区和扩张角区，得到并求解了裂尖场的渐近方程，揭示了应力、应变场所示的奇异特性．     

双轴压缩下闭合裂纹应力强度因子的解析与数值方法

采用"裂纹线应力场"分析方法,推导双轴压缩下有限岩板内闭合裂纹尖端应力强度因子的近似解析解,分析裂纹表面摩擦因数、侧压系数对裂尖应力强度因子的影响;运用有限元法对同一问题进行数值研究,并与解析解进行比较.研究结果表明:在岩体工程要求的精度之内,采用"裂纹线应力场"分析方法与有限元法这2种方法得出的结果基本吻合;裂纹长度a与岩板宽度W之比对裂纹尖端的应力强度因子有影响,按无限岩板情况计算裂纹尖端应力强度因子,其适用范围应有一定上限,即a/W≤0.2;当a/W>0.2时,应当考虑实际岩板的自由边界条件对裂纹尖端场的影响.     

I型裂纹应力场的精确解和近似解的比较

应力场的精确解与近似解之间存在一定的误差。用Muskhelishvili应力函数方法求出I型裂纹应力场的精确解及近似解,不仅从数据上将两种解进行比较,分析两者之间存在的误差,而且分别绘制出两种解随r和a比值变化的曲线图,从而用图形的方法对两者进行比较,最终对近似解的使用范围给出界定。通过比较可知,近似解只适用于表示裂纹尖端附近的应力场。而在工程断裂力学的实际使用中,通常也只考虑裂纹尖端附近的应力场。     

平流层飞艇蒙皮材料I型裂纹研究

 飞艇在平流层环境中受高低温交变、臭氧、紫外辐射等恶劣工况的影响。为研究平流层飞艇蒙皮材料I 型裂纹特性,在单轴向拉伸载荷下,分析了含有初始裂纹的蒙皮材料撕裂裂纹尖端区域变形场的测试方法和裂纹扩展特征。通过初始长度均为20 mm 的单边切口人工模拟预制裂纹试样,采用数字散斑相关方法试验,分别获得I 型裂纹尖端和垂直裂纹尖端的位移场和应变场分布,结合散斑变形图进行相关计算,发现撕裂裂纹扩展过程为近似的脆性断裂特征,垂直于撕裂裂纹扩展方向的材料试样裂纹尖端变形场呈现为离散阶跃变化特征。研究结果表明：该方法可以测量平流层飞艇蒙皮用的柔性层压织物的I 型裂纹尖端变形场,揭示裂纹尖端初始裂纹的扩展规律和演化特征,获得的大范围屈服裂尖长度的裂纹尖端的变形值曲线,可为平流层飞艇蒙皮材料的撕裂损伤变化分析和裂纹尖端变形场测试提供有效的方法。     

Ⅰ型裂纹应力场的精确解和近似解的比较

应力场的精确解与近似解之间存在一定的误差.用Muskhelishvili应力函数方法求出Ⅰ型裂纹应力场的精确解及近似解,不仅从数据上将两种解进行比较,分析两者之间存在的误差,而且分别绘制出两种解随r和a比值变化的曲线图,从而用图形的方法对两者进行比较,最终对近似解的使用范围给出界定.通过比较可知,近似解只适用于表示裂纹尖端附近的应力场.而在工程断裂力学的实际使用中,通常也只考虑裂纹尖端附近的应力场.     

在强加来流作用下二元系中枝晶生长的稳态解

研究了远场来流作用下二元系中的枝晶生长.当Schmidt数很大时,应用渐近分析方法得到枝晶稳态生长的渐近解,其温度场和浓度场的首级解、一级解均为相似性解,枝晶形状为存在细微波动的旋转抛物面.远场来流的强弱影响着枝晶生长的Peclet数的大小,进而影响着枝晶的尖端半径与生长速度.当过冷度一定时,在枝晶尖端或在枝晶前沿处的温度随着流场的增大而减小,而溶质浓度随着流场的增大而增大.     

电磁热裂纹止裂中的尺寸效应

研究了在载流的无限大导电薄板中,瞬时形成穿透裂纹的几何尺寸（长度）,板的厚度对裂纹尖端处电磁热止裂纹的影响,通过算例表明：瞬间形成裂纹的几何尺寸是影响裂尖温度场的主要因素之一。     

正交异性材料双层板弯曲断裂分析

研究含界面裂纹正交异性复合材料双层板在弯曲载荷作用下的裂纹尖端场问题。利用复变函数方法,引入含待定实系数的挠度函数,利用待定系数法,建立满足边界条件的非齐次线性方程组。求解得到满足控制方程和边界条件的挠度函数,推导出特征方程判别式均大于零时受弯曲载荷作用的正交异性复合材料双层板界面裂纹尖端的应力、应力强度因子、弯矩和扭矩的解析表达式。最后通过算例分析了极角取定值时,弯矩随极径改变的变化曲线以及极径取定值时,弯矩的角分布曲线。     

棒料轴对称非稳态多维温度场的研究

针对低应力精密下料需要预制棒料V型槽尖端微裂纹进而减少下料时间的问题,首先分析了热应力预制V型槽尖端裂纹的基本原理。利用ANSYS软件对热力学模型进行了多次数值模拟,进而建立了适合于不同材质的棒料轴对称非稳态温度场的方程,这对进一步研究此类课题提供了理论参考。