无限多孔平面MSD的应力强度因子计算

阐明了复变应力函数方法及其近似迭加法的基本原理,并将其应用于无限多孔平面MSD应力强度因子的求解上.利用此种方法计算了无限平面上共线双孔、三孔和四孔对称裂纹情况的数值算例,通过与有限元结果的比较可知,该方法的计算结果精确、可靠,而且计算过程相对简单,易操作.这种利用解析函数性质求解出复变应力函数,并结合其近似迭加法计算应力强度因子的方法,能够很好地应用于无限平面上任意分布的多孔MSD结构,值得在工程断裂问题中得到推广     

在任意位置的裂纹上受均布剪应力的有限薄圆板

本文对内部任意位置含穿透直线裂纹的有限弹性薄圆板,在裂纹上、下岸受到均布剪应力的情形,用复变函数方法,进行了讨论,得到了用级数表示的复应力函数,给出了应力强度因子的一般表示式,并计算了大量的应力强度因子之值,最后还给出了计算应力强度因子的近似式,计算结果表明,在广大范围内,由近似式计算的中、小裂纹的应力强度因子之值,与精确值比较,相差甚微.因而可用于实际工程计算.     

部分边界受力情形下椭圆孔边双对称裂纹问题的解析研究

通过引入新保角变换函数,利用复变函数解法和函数论方法研究了椭圆孔边双对称裂纹孔边受到均布内压而裂纹表面自由情形下的弹性缺陷问题,得到了复应力函数和应力强度因子的精确表达式,并给出了缺陷处断裂判据.所得结果不仅可退化为圆孔边双对称裂纹在孔边受到均布内压而裂纹面自由情形下的解析解,而且可退化为椭圆孔和圆孔带双对称裂纹内表面整个边界受均匀内压的结果.     

含裂纹的各向异性平面应力强度因子的计算

应用复变函数的方法,对于各向异性平面内存在一个穿透直线裂纹的情况,给出了在裂纹外作用任意集中力和集中力偶时的复Green应力函数,即应力函数基本解.通过基本解的叠加,得到了在几种常见面内力系作用下各向异性平面内裂纹的应力强度因子计算式.其计算方法简便,具有一定的工程实用价值.     

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.     

含有椭圆孔的各向异性体平面问题的通解

应用复变函数方法,给出了在椭圆孔外任一点作用任意一个集中力和集中力偶时的Green应力函数,即应力函数基本解.通过基本解的迭加,首次得到了在椭圆孔周围作用任意集中载荷或分布载荷时表达简洁的通解.为了验证该解的正确性并说明其应用,给出了当孔周作用一对平衡的集中力或均匀的分布力时的解,其结果与前人所得的结果一致.     

无限大薄板椭圆孔口裂纹前缘应力研究

带裂纹含孔口构件的研究一直是断裂力学与岩石力学等学科的重要课题.基于复变函数方法,利用保角变换将无限大多连域映射为单位圆,将问题的边界条件使用柯西积分简化.由于孔口是薄板应力变化剧烈的区域,在考虑孔口应力时,应用椭圆孔口分析结果探讨裂纹应力分布.以裂纹尖端点为新的极坐标原点建立坐标系,对裂纹前缘应力场计算公式进行了推导,得到了计算裂纹前缘应力场的二级渐进公式.研究中发现,原有一级渐进公式与精确解的相对误差较大,而本文推导出的二级渐进公式与精确解的相对误差较小.     

Ⅰ型动态裂纹二个扩展问题的位错分布函数

通过复变函数论的方法,对Ⅰ型动态裂纹二个扩展问题的位错分布函数分别进行了研究.采用自相似函数的方法可以获得运动裂纹的应力、位移、动态应力强度因子及位错分布函数的解析表达式.应用该法可以迅速地将所讨论的问题转化为Riemann-Hilbert问题,而后一问题可以用通常的Muskhelishvili方法进行求解,并且可以相当简单地得到问题的闭合解.利用已求得的解并通过迭加原理,就可以很容易地求得任意复杂问题的解.     

抛物线裂缝反平面弹性问题的解析解

针对含抛物线裂缝的反平面弹性问题,采用复变函数的保角变换方法,将抛物线裂缝外的区域映射到单位圆的外部.提出了边界积分方程以避免变换函数奇异性引起的困难,求得了抛物线裂缝反平面弹性边值问题的复势解.然后,用本文提出的直接用复势计算曲线裂纹应力强度因子的公式得到了抛物线裂纹尖端应力强度因子的解析表达式.该表达式在特殊情况下可蜕化为穿透型直线裂纹反平面问题的经典解.分析表明,应力强度因子的大小依赖于抛物线裂纹的形状以及无穷远处两个方向的切应力载荷之比.     

不连续应力作用的Ⅰ型动态裂纹

针对研究材料特性下的裂纹动态扩展时遇到的不连续应力作用Ⅰ型动态裂纹扩展问题,利用复变函数理论的方法进行了研究.采用自相似函数的途径可以获得应力、位移及动态应力强度因子的解析解的一般表达式.应用该法可以很容易地将所讨论的问题转化为Riemann-Hilbert问题,而后一问题可以用通常的Muskhelishvili方法进行求解,并可以相当简单地得到问题的闭合解.利用这些解并采用叠加原理,可以求得任意复杂问题的解.     

反平面弹性圆形域边缘裂纹奇异积分方程方法

在反平面弹性情况下,采用在裂纹位置处放置分布住错的方法模拟裂纹,导出了求解圆域或含圆孔无限大域中多边缘裂纹问题的奇异积分方程．首先给出反平面弹性情况下。无限大域中多裂纹问题的复势函数．通过引入补充项,消除无限大域中多裂纹问题的解在圆域边界或圆孔周界上的作用,得到了圆域边界或圆孔周界自由的多边缘裂纹问题的基本解．再由裂纹边界条件建立以分布位错密度为未知函数的Cauchy型奇异积分方程．数值计算时,利用半开型积分法则求解奇异积分方程,得出位错密度函数的离散值,进而计算裂纹尖端处的应力强度因子．最后给出了两个算例,其结果表明所采用方法是可行和正确的,所得结果可以应用于工程实际．     

弹性圆域中Ⅲ型分叉裂纹的奇异积分方程方法

采用位错分析法,研究弹性纵向剪切情况下圆域中分叉裂纹问题.在给出无限大域中点位错复势的基础上,引入补充项以满足圆边界自由的条件,得到圆域中分叉裂纹问题的基本解.通过裂纹面上的应力边界条件,建立一组以位错密度为未知函数的Cauchy型奇异积分方程.由位移单值条件可以得到另一个约束方程.利用半开型数值积分公式把奇异积分方程化为代数方程求解,由位错密度直接得到裂纹尖端处的应力强度因子值.这是一种解析数值相结合求解应力强度因子的方法,充分利用解析方法精度高和数值方法适用性广的特点,同时又克服保角变换等解析解的局限,各裂纹位置可以是任意的.算例中所得的图表可以应用于工程实际.     

以圆周为界面两相材料多裂纹反平面问题

运用复变函数及积分方程方法,求解了以圆周为界面的两相材料中的多裂纹反平面问题．为解决该问题,建立了两种类型的基本解,分别对应于单裂纹在圆域内和圆域外的情形．利用叠加原理和所得的基本解把两相材料中的多裂纹问题化为单裂纹问题的叠加,得出了一组以基本解密度函数为未知函数的Ｆｒｅｄｈｏｌｍ积分方程组．通过对该积分方程组的数值求解,可以得出密度函数的离散值,进而得出裂纹尖端的应力强度因子．文中对于两条裂纹分别位于圆域内和圆域外以及两条裂纹均在圆域外的情形进行了数值计算．     

含对称裂纹与孔洞的有界弹性圆盘的第一基本问题

主要研究了既含有裂纹又含有孔洞的有界弹性圆盘的循环对称断裂问题．运用平面弹性复变方法把满足已知边界条件的弹性平衡问题转化为解析函数边值问题,再通过引入Sherman变换,把边值问题转化为Cauchy核的奇异积分方程组．最后,利用高斯一切比雪夫数值计算方法求出了此奇异积分方程组的数值解,并给出了应力强度因子的数值结果．     

圆形夹杂与内裂纹的相互作用

研究了在SH波作用下基体中圆形夹杂与内裂纹的相互作用问题,主要采取Green函数和裂纹切割相结合的方法.首先,构造本文需要的Green函数基本解,该基本解为基体内含夹杂时夹杂内任一点承受时间谐和的出平面线源荷载作用时的位移函数.然后,从基体圆形夹杂对SH波散射问题出发,沿裂纹位置施加一应力,该应力与夹杂对SH波散射产生的应力大小相等,方向相反,从而形成裂纹,进而可得到夹杂和裂纹同时存在时的位移与应力函数式,利用此函数式讨论夹杂周围的动应力集中情况.最后,给出算例,讨论了入射波数、入射角度、裂纹大小、基体和夹杂材料性质等因素对此问题的影响.     

含孔有限弹性板缓和应力集中的总极值优化法

讨论了“积分型总极值”优化方法在二维多连域弹性体形状优化中的一个应用.具体计算了含椭圆孔的弹性有限板两边受拉伸时,为减少应力集中加入两个辅助孔的形状优化问题.通过优化设计辅助孔的位置和孔径以及中心孔的形状使应力集中明显降低.实例表明“积分型总极值”最优化方法具有约束处理方便、优化效果好和收敛速度较快的特点,适合于求解这一类形状优化问题.     

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。     

任意孔与裂纹群相互干涉效应的分析法

提出了文题的改进型体积力法,修改了体积力密度的定义;引入了建立在各单元中心处的局部坐标;获得了以封闭形表述的所有应力影响系数计算式,提高了计算效率和精度,应用也更为方便与有效。文中给出的算例表明了改进型体积力法具有精度高、收敛快的优点。     

半平面多圆孔多裂纹反平面问题

运用复变函数及积分方程方法,求解了半平面域多圆孔多裂纹反平面问题．建立了两种类型的基本解．利用叠加原理和所得的基本解并沿圆孔和裂纹表面取待定的基本解密度函数,可得一组基本解密度函数为未知函数的Ｆｒｅｄｈｏｌｍ积分方程．通过该积分方程组的数值求解可以得到密度函数的离散值,进而得到裂纹尖端的应力强度因子．