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。     

T应力对扩展裂纹尖端塑性区域形状的影响

根据Williams级数解,裂纹尖端应力场由Ⅰ-Ⅱ复合型应力强度因子及T应力共同控制。将裂纹尖端应力分量代入Von Mises屈服准则,建立裂纹尖端塑性扩展区模型。基于该模型获得了在不同Ⅰ-Ⅱ复合比断裂情况下裂纹尖端塑性扩展区形状随T应力的变化规律,并对Ⅰ型和Ⅱ型断裂在复合型裂纹断裂所占的比例、T应力大小及泊松比对塑性区域形状的影响进行了讨论。研究结果表明:正的T应力引起裂纹断裂角θ_0减小,加剧裂纹扩展;负的T应力导致裂纹断裂角θ_0增大,并抑制裂纹扩展;T应力为0或纯Ⅰ型裂纹尖端塑性区存在对称轴,存在T应力后,塑性区域呈不对称分布,T应力绝对值越大,塑性区域面积越大,T应力对裂纹尖端塑性区形状及尺寸大小均有很大影响。此外,不同Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹,塑性区域面积均随泊松比的增大而减小。塑性区变化的观测结果对进一步分析加载条件下Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹工程结构缺陷的疲劳和断裂具有重要意义。     

有限平面应变Ⅱ型裂纹尖端幂律塑性应力场全解

针对幂律材料、有限平面应变紧凑拉伸剪切(Compact Tension and Shear, CTS)试样,基于能量密度等效方法可得到CTS试样能量密度中值点的代表性体积单元(Representative Volume Element, RVE)的等效应力解析解,以该应力解作为特征应力因子,采用表征CTS试样Ⅱ型裂纹尖端应力场的三角特殊函数,提出了描述有限平面应变幂律塑性Ⅱ型裂纹尖端应力场的半解析模型以及用于描述Ⅱ型裂纹尖端扇贝轮廓式等应力线的理论解.本文Ⅱ型裂纹裂尖场模型对平面应变CTS试样裂尖应力场的预测结果与有限元分析结果密切吻合, Ⅱ型裂纹裂尖幂律塑性应力场模型完善了弹塑性断裂力学,并对剪切型断裂安全评价有重要工程意义.     

双材料混合型界面裂纹尖端应力场、位移场

研究了正交异性双材料中心穿透界面裂纹问题。在特征方程组的判别式都小于零的情形下,求解一类广义重调和方程组边值问题,通过构造新的应力函数,推出了Ⅰ型、Ⅱ型、混合型界面裂纹尖端的应力场、位移场及应力强度因子的解析表达式。其结果没有振荡奇异性及裂纹面没有相互嵌入现象,当上下半平面材料参数相同时,可获得正交异性单材料的应力场、位移场。     

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。     

裂纹尖端的塑性区分析

应用叠加原理，将Ⅰ型，Ⅱ型和Ⅲ型裂纹尖端附近区域的应力场进行叠加，从而得到Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ复合型裂纹尖端附近区域的应力场。在此基础上，依据Ｍｉｓｅｓ屈服准则，导出Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ复合型裂纹尖端的塑性区边界曲线方程。最后，对各种类型的裂纹尖端的塑性区进行了讨论。     

薄壁压力容器Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹的塑性区研究

裂纹尖端塑性区对裂纹的扩展和失稳扩展起着关键作用。此文针对薄壁压力容器结构中可能出现的Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹,利用Mises屈服条件对裂纹尖端塑性区的分布进行了研究,推导出两向拉伸斜裂纹尖端塑性区分布的数学表达式。用线弹性断裂理论推导了裂纹开裂角度与裂纹角的关系,并用数学软件Matlab描述了在临界状态下不同裂纹角所对应的裂纹尖端塑性区的轮廓线。     

Ⅰ,Ⅱ复合型裂纹尖端的塑性区分析

应用叠加原理,将Ⅰ型和Ⅱ型裂纹尖端附近区域的应力场进行叠加,从而得到Ⅰ,Ⅱ复合型裂纹尖端附近区域的应力场。在此基础上,依据Mises屈服准则,导出Ⅰ,Ⅱ复合型裂纹尖端的塑性区边界曲线方程。通过一个实例对塑性区的尺寸与形状进行了具体地分析和有意义地探讨。     

复合材料Ⅰ+Ⅱ混合型周期平行裂纹尖端场

研究了裂纹面内均匀载荷作用下的正交各向异性复合材料板周期平行裂纹尖端场问题。利用复变函数方法,将力学问题化为偏微分方程边值问题。根据叠加原理,将偏微分方程边值问题化为Ⅰ型和Ⅱ型两个边值问题求解。在复数域内,利用双曲函数的周期性,通过构造适当的Westergaard应力函数,将周期平行裂纹尖端场问题化为单一裂纹尖端场问题。得到混合型周期平行裂纹尖端附近的应力强度因子和应力场的解析表达式。由于平行裂纹的周期性分布,应力强度因子的大小取决于形状因子。所得结果表明,当裂纹间距趋于无穷大时,应力强度因子退化为含单个中心裂纹时的结果,并且所得到的解析解更好的体现了平行裂纹分布的周期性。研究结果为结构和材料的强度设计提供了有意义的参考。     

热辐射应力图像分析确定应力强度因子K_I 和裂纹尖端塑性区

本文借助于热辐射应力图像分析技术对裂纹尖端附近的应力场进行分析测定。记录了铝质紧凑拉伸试件的热辐射应力图像,给出裂纹尖端前沿的温度变化曲线。根据热弹效应和线弹性断裂力学理论,通过解析建立用热辐射应力图像分析技术确定Ⅰ型裂纹应力强度因子的基本方程。在此基础上,用热辐射应力图像分析技术实验确定Ⅰ型裂纹应力强度因子和裂尖塑性区。     

正交异性复合材料板星形裂纹的应力分析

研究了正交异性板中星形裂纹的平面弹性问题.采用复合材料断裂复变方法,选取适当的保角映射和特殊应力函数推出了裂纹尖端附近的应力场及Ⅰ型、Ⅱ型星形裂纹应力强度因子的解析解.     

爆破振动作用下巷道围岩微裂纹扩展研究

考虑开挖二次应力场和矿体回采爆破振动对圆形巷道围岩微裂纹的影响,探讨巷道围岩裂纹尖端应力场及单节理微裂纹的Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子,基于双剪统一强度理论,研究圆形巷道围岩微裂纹裂尖在二次开挖应力场及爆破振动动力场作用下的裂尖起裂角和裂尖塑性区统一解.根据计算式及所得图形,分析比较爆破振动影响下微裂纹扩展角及裂纹尖端塑性区范...     

富水区深埋巷道围岩微裂纹裂尖塑性区研究

利用断裂力学原理,考虑到水压力对微裂纹尖端应力场的实际影响,对巷道围岩单节理微裂纹的Ⅰ、Ⅱ型及其复合型裂纹应力强度因子进行了探讨.然后,采用双剪统一强度理论,研究了富水区巷道围岩微裂纹扩展角及裂纹尖端塑性区范围,并给出了包含反映岩石拉压性能差异的参数α、反映中间主应力效应的参数b及水压力的巷道围岩微裂纹裂尖塑性区统一解.     

复合型片状裂纹前缘的塑性区及其对应力强度因子的修正

通过线弹性理论推导出无限大板复合裂直线裂纹尖端附近的塑性区边界方程,得出沿裂纹前缘方向的塑性区尺寸可线性叠加结论,在此基础上进一步讨论了一般状态裂纹前缘的塑性区尺寸,从而得到复合型片状裂纹的塑性区对应力强度因子修正表达式。本文结合提升机主轴片状缺陷的应力强度因子加以具体讨论。     

Ⅰ型裂纹尖端圆弧对应力强度因子影响的数值研究

应力强度因子表征了裂纹尖端奇异应力场的强度,它是研究裂纹扩展规律和带裂纹构件强度的基础。采用有限元法,对受均布荷载作用存在边缘Ⅰ型裂纹的平面板进行了数值分析。研究了裂纹尖端圆弧对应力强度因子的影响,分别计算了具有不同裂尖圆弧r_0的Ⅰ型裂纹的应力强度因子。采用应力法计算不同半径处的表观应力强度因子,插值到裂尖圆弧而得。根据计算结果,绘制K_Ⅰ-r_0曲线,利用最小二乘法拟合至尖裂纹(r_0=0)即得理想尖裂纹的应力强度因子,与解析解相差仅0.7%。该曲线为带圆弧裂纹的应力强度因子测试和带圆弧裂纹构件强度计算提供了依据。     

关于各向异性纤维复合材料板裂纹尖端应力场的探讨

本文对各向异性纤维复合材料板的Ⅰ型、Ⅱ型和混合型裂纹尖端应力场进行了有关的力学分析。通过求解一类线性偏微分方程的边值问题推出了Ⅰ型、Ⅱ型和混合型裂纹尖端附近的应力场的计算公式。     

部分边界受力情形下带对称双裂纹的圆形孔口问题的解析研究

利用复变函数方法,通过构造保角映射,研究了只在孔边受到均匀压力而裂纹面上不受力的情形下,带对称双裂纹的圆形孔口的平面弹性问题,给出复应力函数的精确表达式及应力场的解析表示,求得了裂纹尖端应力强度因子的解析解.在极限情况下,所得结果可以还原为在孔边及裂纹上均受到均匀压力时带对称双裂纹的圆形孔口问题.     

准静态下Ⅰ型裂纹的断裂准则与切口圆柱形试件的破损评定研究

本文建立了准静态情况下Ｉ型裂纹的断裂准则，提出了新的表面能概念及其表达式。用材料的应力—应变曲线来表示裂纹尖端塑性区耗散能，并建立了裂尖塑性区耗散能与远场应力和临界裂纹长度的关系，通过试验确定了远场应力与临界裂纹长度的幂函数关系。     

各向异性复合材料周期性Ⅱ型裂纹尖端应力分析

对各向异性复合材料板的周期性Ⅱ型裂纹尖端应力场进行了有关的力学分析,通过求解一类线性偏微分方程的边值问题,引入Westergaard应力函数、采用复变函数方法及待定系数法,给出在无穷远处受对称载荷τ作用下,周期性Ⅱ型裂纹尖端的应力强度因子,推出了各向异性复合材料板周期性Ⅱ型裂纹尖端附近应力场的理论计算公式。