双材料垂直于界面裂纹应力强度因子的有限元法

基于双材料垂直界面裂纹理论,给出了不同于Cook的应力强度因子的定义式,推导出了用应力外推法计算双材料垂直界面裂纹应力强度因子的计算公式。以含双边裂纹有限尺寸板拉伸模型为研究对象,对应力外推法外推点范围和裂尖尺寸的选取进行了系统的研究,并通过对比分析相同边界条件下的单材料和双材料应力强度因子,对应力外推法应用到双材料问题中的有效性进行了验证。     

双材料悬臂梁孔边界面裂纹应力强度因子计算

采用有限元方法求解了在压缩载荷作用下双材料悬臂梁孔边界面裂纹问题．在界面裂纹尖端的周围,使用了由8节点二维等参单元退化而产生的四分之一节点奇异单元来模拟裂尖应力的奇异性．在有限元分析中,考虑了裂纹面的接触作用．应用最小二乘法计算了Ⅱ型应力强度因子．数值结果表明：孔的尺寸对Ⅱ型应力强度因子和裂纹面接触压力有很大的影响;随着摩擦系数的增大,Ⅱ型应力强度因子减少．忽略裂纹面的摩擦作用,Ⅱ型应力强度因子可能被高估．     

正交异性双材料裂纹尖端应力强度因子振荡性分析

在正交异性双材料界面裂纹的理论解的基础上,进一步探讨分析了正交异性双材料界面裂纹尖端应力强度因子的振荡奇异性;并通过实例讨论了双材料弹性常数对应力强度因子奇异性的影响.这个结论对今后相关课题的研究提供了新思路,具有较好的参考价值.     

截锥面形界面裂纹尖端附近应力奇异性分析

扩展到界面的环裂纹偏离垂直界面的位置,就形成截锥面形界面裂纹,主尖端应力奇异性指数大小不仅依赖于两相材料常数α和β,同时也依赖于锥角的大小。据此利用渐近展开和分离变量相结合的方法对裂尖奇异性指数的变化进行了分析,结果表明,随着锥角和α,β的变化,会出现振荡奇异,当锥角为零,截锥面裂纹变为圆柱形界面裂纹。     

各向异性双材料Ⅲ型界面裂纹应力分析

研究了各向异性双材料Ⅲ型界面裂纹问题.通过构造新的位移函数,采用复合材料断裂复变方法,求解了一类偏微分方程组的边值问题,推导出各向异性双材料Ⅲ型界面裂纹尖端附近的应力场、位移场以及应力强度因子的表达式.结果显示,裂纹尖端附近应力具有r-1/2的奇异性,但没有振荡性,通过算例得到应力随极径r变化的规律.当坐标轴与各向异性材料的纤维主方向重合时,即夹角φj=0,(j=1,2),获得了正交异性双材料Ⅲ1型界面裂纹的应力场、位移场与文献一致,验证了结果的正确性.     

双材料三维界面裂缝应力强度因子的计算

首先对三维界面裂对缝尖端附近的应力,位移场进行推导,得出应力、应力强度因子与系数β的关系,然后利用弹性力学放松连续性要求的变分原理,     

圆片裂纹的应力强度因子

圆片裂纹问题是三维无限弹性体内嵌裂纹的一个经典问题,也是一个重要的理论工作,从Ｆａｂｒｉｋａｎｔ方程出发,建立了一种特殊的极坐标体系,首先解决了法向载荷下圆片裂纹上特殊点的应力强度因子,并通过坐标系的旋转解决了圆片裂纹上任意点的应力强度因子。对于裂纹上作用切向载荷的情况,先单独研究载荷分别沿坐标轴方向的两种情形,然后就一般情形下通过坐标旋转并将载荷沿坐标轴分解后分别求解,再叠加得其应力强度因子。从     

双材料界面裂纹断裂参数的实验测定

首先推导了双材料界面裂纹尖端的位移场和应力强度因子之间的关系式。利用云纹干涉法实测了应力强度因子,并将实验结果与理论结果进行了比较。     

圆片裂纹的应力强度因子

圆片裂纹问题是三维无限弹性体内嵌裂纹的一个经典问题,也是一个重要的理论工作－从Ｆａｂｒｉｋａｎｔ 方程出发,建立了一种特殊的极坐标体系,首先解决了法向载荷下圆片裂纹上特殊点的应力强度因子,并通过坐标系的旋转解决了圆片裂纹上任意点的应力强度因子－ 对于裂纹上作用切向载荷的情况,先单独研究载荷分别沿坐标轴方向的两种情形,然后就一般情形下通过坐标旋转并将载荷沿坐标轴分解后分别求解,再叠加得其应力强度因子－ 从而解决了圆片裂纹上作用幂级数载荷下的三类应力强度因子－ 研究表明,如果圆片裂纹上的载荷是幂级数形式,则其应力强度因子具有闭合形式解     

多裂纹板的应力强度因子研究

工程构件含有多个裂纹的现象非常普遍,这类构件的安全显得非常重要。构件的安全与否取决于裂纹尖端附近的应力场和应变场。应力强度因子是用来表征裂纹顶端附近应力应变场强度的有效参量。所以,研究裂纹体的应力强度因子是保证裂纹体安全的重要工作。     

两平行热疲劳裂纹的应力强度因子计算方法

针对直接计算热疲劳裂纹网中裂纹的应力强度因子有困难的问题,提出用有限元方法计算了若干组(每组两条)平行裂纹发生屏蔽效应时的应力强度因子,研究裂纹间屏蔽效应的规律.定义了热疲劳裂纹的比间距n、屏蔽剩余百分数s和裂纹长度比值f,发现此三者有确定关系且与边界条件及裂纹长度无关.给出了n-s-f的关系曲线,据此可根据单条裂纹的应力强度因子推算两条裂纹发生屏蔽效应时主裂纹的应力强度因子.算例表明,该方法是正确的、有效的.     

平行双裂纹应力强度因子的计算方法

为了快速、方便地估算多裂纹尖端的应力强度因子,以承受均匀拉伸载荷的含平行双裂纹的有限平板模型为研究对象,提出了一种基于裂纹最大张口位移量确定平行双裂纹尖端应力强度因子的新方法.该方法以单裂纹问题中最大张口位移与应力强度因子间的函数关系为基础,考虑了平行双裂纹的垂向、纵向裂纹间距比和裂纹长度比的影响,拟合出纵向间距比为0时不同裂纹长度比下与垂向间距比相关的修正系数表达式,并进一步分析了裂纹纵向间距比对双裂纹尖端应力强度因子的影响,最终建立了平行双裂纹应力强度因子的简便方法.     

界面多个共线裂纹对SH波的散射及其动应力强度因子

采用Green函数的方法,研究界面多个共线裂纹对SH波的散射问题.利用半空间水平面上任意一点的,承受时间谐和的,出平面线源载荷作用的位移函数;采用沿界面剖分的方法,构造界面多个共线裂纹的散射模型;并利用界面上的连续条件,建立待定外力系的定解积分方程组,进而求得裂纹尖端的动应力强度因子.讨论了界面两个共线裂纹与SH波的散射结果,给出了裂纹尖端动应力强度因子随介质参数变化的分布规律.     

Three-Dimensional Stress and Stress Intensity for Tensioned Flat Plates with Edge Cracks

The stress in the thickness direction is an important factor influencing the fracture behavior of structural members. A stress σy tensioned flat plate with edge cracks is widely used as an analysis model. The stresses σx and σy for the plate model can be acquired from Neuber＇s solution. However, the solution is applicable only for a perfect plane stress or plane strain state. As a consequence of the thickness of the plate a three-dimensional （3-D） stress state will arise near the crack tip, resulting in a variation of the distribution of σx and σy stresses. A full analysis for the 3-D stress fields for a tensioned flat plate with edge cracks has been therefore carried out. The results show that the 3-D stress field near the crack tip is mainly determined by two factors： the thickness of the plate and the curvature radius at the crack tip. A further analysis has been carried out for the stress intensity near the crack tip. In this paper we give some equations matching to the 3-D stress and stress intensity, which describe precisely the stress state near the crack tip, and which can be applied effectively in engineering analysis.     

模量对反射裂缝应力强度因子影响分析

为了研究模量对反射裂缝应力强度因子的影响,应用有限元软件ABAQUS建立了含反射裂缝的路面模型,分析了当路面各结构层模量变化时裂缝尖端应力强度因子的变化情况.计算表明:模量变化对反射裂缝应力强度因子影响较大,裂缝尖端应力强度因子随着面层各层位模量的增加而增大,随着基层各层位和土基模量的增加而降低.其中土基模量变化对裂缝尖端应力强度因子的影响最大.对于面层和基层各层位,距离裂缝越近,则其层位模量变化对应力强度因子的影响也越大.     

块体表面裂纹应力强度因子有限元方法研究

研究三维表面裂纹建模及其计算精度问题. 采用有限元方法,对奇异单元和J积分两种求解裂纹强度因子方法的计算精度进行研究,并进一步研究了计算精度对网格密度和网格形式的依赖程度. 研究发现,对奇异单元法而言,影响计算结果准确度的主要原因是裂纹尖端区的尺寸,网格密度的影响不大;对J积分法而言,网格形式和网格密度的影响都不大,适合处理复杂结构的应力强度因子计算.     

碾压混凝土坝诱导缝端应力强度因子计算研究

针对碾压混凝土坝双向间隔诱导缝，提出了更加符合实际的Ⅰ型断裂矩形简化分析模型，与一般的椭圆形简化分析模型进行了对比分析．分别采用基于位移法和J积分的应力强度因子三维有限元计算方法，得到诱导缝断面裂纹尖端的应力强度因子．通过对有限元计算结果分析，论述了两种简化分析模型各自特点及适用性；并且对影响诱导缝应力强度因子的因素进行研究，得出双向间隔诱导缝应力强度因子的回归计算公式．其结论对双向间隔诱导缝断裂设计具有一定的参考价值，同时也为诱导缝断裂性能试验研究提供一定的参照依据．     

改进的求解应力强度因子的外插方法

分析了无限大板中求解应力强度因子的应力外插法的误差原因,发现靠近裂纹尖端的应力误差可以用简单公式近似表达,由此建议用修正应力外插法提高有限元方法求解应力强度因子的精度,并通过二维问题验证了它的有效性,结果表明,修正后可以较大地提高其精度。