线粘弹性体裂纹前缘的应力、位移场

采用前文建议的粘弹性对应性原理的方法,我们将Eftis等得到的线弹性裂纹体在双轴载荷作用下的裂纹前缘的应力、位移场的解推广到诸如Maxwell固体,标准线性固体和Burgers固体等这类线粘弹性裂纹体。得到如下一些重要结论: 1.在所考虑的情况下,当外加应力是常数时,线粘弹性裂纹体的应力强度因子与相应的线弹性裂纹体的应力强度因子相同。但是,若相应的线弹性裂纹体的应力强度因子表达式中包含弹性常数,那么线粘弹体的应力强度因子将变成时间相关的。2.对于线粘弹性裂纹体,当外应力是常数时,各位移分量均是时间相依的,且是材料流变常数的函数。对于Maxwell及Burgers固体,由于粘性流的存在,常载荷下位移分量均随时间而增长。对于标准线性固体,由于弹性滞后效应,虽然位移分量也随时间而增长,但它将趋于某一极限值。3.与线弹性裂体相反,对于线粘弹性裂纹体K-G关系再不是与时间无关的固定关系了。4.线粘弹性体情况下,K-判据不再与G-判据等价。由于K-判据不能反映这类固体的时间相依特征,对于粘弹性体G-判据是较为适合的。     

中心裂纹圆盘断裂参数的有限元标定

圆盘试件作为最受研究人员青睐的式样类型,被广泛用于测试和研究脆性材料(如岩石、聚合材料及陶瓷等)的Ⅰ、Ⅱ型及复合型断裂韧性。Williams级数解的常数项,即平行于裂纹方向的T应力对裂纹的断裂行为存在很大影响,进一步的研究表明,裂纹尖端Williams级数解的更高阶非奇异项(n=3)对中心直裂纹圆盘断裂特征的影响同样显著。研究采用有限元法获得了裂纹尖端多个节点的位移值,建立超静定方程组,采用最小二乘法对其进行求解,对Williams级数解的奇异项应力强度因子K_Ⅰ和K_Ⅱ,常数项T应力以及更高阶系数A_3和B_3进行求解。最后,给出了不同相对裂纹长度a/R及裂纹倾角的中心裂纹圆盘裂纹尖端的应力强度因子K~*_Ⅰ及K~*_Ⅱ,以及更高阶项断裂参数A~*_3和B~*_3。结果表明:T~*随裂纹倾角增大逐渐增大且保持为负值;B~*_3均为正值且随裂纹倾角的增大呈现先增大后减小的趋势;K~*_Ⅰ\,A~*_3均随裂纹倾角的增大逐步减小,而K~*_Ⅱ随裂纹倾角的增大而增大;中心裂纹圆盘的纯Ⅱ型断裂裂纹倾角随相对裂纹长度的增大而减小,而Ⅱ型无量纲应力强度因子随裂纹长度的增大而增大。     

椭圆孔边动态裂纹快速传播问题的分析解

利用复变函数方法,通过构造保角映射,分析了椭圆孔边裂纹问题,给出了裂纹以速度v传播时的Ⅰ-Ⅱ型应力强度因子的动力学解。当v→0时动力学解还原为已有的静力学解,在极限情形下,还可以还原为圆形孔边裂纹,T型裂纹问题的动态应力强度因子。这些解在工程断裂研究中有着潜在的应用价值。     

基于GMTS准则的T应力对岩石断裂韧性影响研究

为检验和提高最大周向应力准则对线弹性材料复合型裂纹扩展预测的精确性,考虑T应力在脆性断裂中的作用,建立了广义最大周向应力准则。广义最大周向应力准则描述了变量Ⅰ型和Ⅱ型断裂应力强度因子、断裂韧性K_Ⅰ和K_Ⅱ、平行裂纹的应力分量T应力以及临界裂纹扩展区半径对裂纹断裂强度在应力强度因子空间分布特征的影响。T应力的加入使裂纹尖端应力场解析式对裂纹尖端应力分布的描述更加精确,因而提高了对裂纹扩展特征的预测精度。研究结果表明:T应力对断裂韧度预测结果影响显著,特别是在Ⅱ型断裂占主导地位时,影响更大;随着围压的增大,不同裂纹扩展区半径材料的断裂强度在应力强度因子空间内的分布特征逐渐趋于一致,且Ⅱ型断裂在复合型断裂所占的比例逐渐减小。脆性材料裂纹扩展受到裂纹尖端奇异应力K及常数项T应力的共同控制,考虑裂纹尖端Williams级数解高阶项的影响提高了对裂纹断裂韧度预测的精度。     

含相互作用裂纹海洋立管疲劳寿命数值分析

采用ANSYS有限元软件计算含不同尺寸裂纹的海洋立管在内压和波浪力共同作用下的疲劳寿命,分析了海洋立管的疲劳寿命随裂纹几何参数的变化规律.发现对于深度a=5mm长度变化的裂纹,海洋立管的疲劳寿命随着裂纹夹角的增大逐渐减小;当裂纹之间的夹角从10°增加到50°时,疲劳寿命随裂纹长度的增加而减小的程度趋于平缓,即两裂纹之间的夹角对海洋立管疲劳寿命的影响随着裂纹夹角的增大而逐渐减弱.     

含任意裂纹功能梯度材料板的奇异积分方程及其数值解

应用平面弹性复变方法,将求解无限各向异性功能梯度材料板中含任意斜裂纹的问题归结为求解一组解析函数的边值问题.通过构造适当的积分变换将边值问题转化为奇异积分方程,进而应用Lobatto-Chebyshev数值求积公式,求出该奇异积分方程的数值解,得到了应力强度因子的近似表达式.结合算例的数值计算结果,分析了裂纹倾角、材料弹性模量、外应力等因素对应力强度因子的影响.     

含裂纹射孔套管临界开裂内压研究

用ansys软件对含裂纹射孔套管进行力学分析,研究了相同内压下应力强度因子的变化以及不同裂纹长度下套管可抵抗的极限内压,为现场选择射孔套管和设计泵压提供了依据。结果表明含裂纹射孔套管的最大应力集中出现在裂纹尖端处,裂纹削弱了套管的强度,在内压的作用下有沿轴向扩张的趋势。临界开裂内压值随L/r值的增加而减小;短裂纹区(L/r<4),临界开裂内压力随L/r的变化比较迅速,即裂纹长度的增加对套管的强度影响比较大;长裂纹区(4相似文献   

弹性及粘弹性体双梁模型裂纹的复合型问题

本文论及类梁弹性或粘弹性裂纹体的复合型问题。文中指出:由于物体几何的非对称性,一个非对称双梁模型裂纹,尽管在对称载荷的作用下,也将非对称地扩展。我们采用了部分弹性基础双梁模型来确定这种情况下的应力强度因子K_Ⅰ和K_Ⅱ。对于蠕变过程中Poisson比v保持常数的标准线性裂纹体,其断裂角度与线弹性裂纹体的断裂角度相同。当(K_Ⅱ)/(K_Ⅰ)巳知时,它们可以从前文的结果中确定出来     

压电材料中星型裂纹的应力分析

基于压电材料力学,利用一个适当的保角变换公式,结合Stroh公式研究了远场受反平面剪应力和面内电载荷同时作用下无限大压电材料中星型裂纹的断裂行为。确定了电不可渗透边界条件下裂纹尖端场强度因子和机械应变能释放率的表达式。该结果在裂纹条数为一或二时,可退化为无限大压电复合材料含直线裂纹结果,验证了其合理性。由解析表达式可以看出,裂纹几何形状一定时,电场分布将不受机械载荷的影响,裂纹的长度越长时,越容易扩展。     

功能梯度材料的裂纹分析及有限元计算

非均匀介质力学的早期研究最先始于密度及力学性质随深度变化的弹性波问题.此后,非均匀介质力学的研究便云集了广泛的研究者.本文,分析和计算了功能梯度材料的裂纹尖端场及应力强度因子.比较了均匀材料与非均匀材料裂纹尖端场,指出:材料梯度不影响裂纹尖端的奇异性阶次和角分布函数,但影响应力强度因子(SIF)值.作为断裂力学的重要参数,应力强度因子是材料梯度,外载荷及构件几何形状的函数.文中,假设材料的弹性摸量按具有不同系数的指数变化,使用有限元方法获得了裂纹尖端位移,然后使用外推法得到了功能梯度材料张开型断裂的应力强度因子.     

无穷大的和与差等价代换定理及应用

研究自变量趋于有限值情形下无穷大的和与差等价代换问题．利用泰勒公式刻画出任意2个无穷大的和与差,当2个无穷大等价时,给出它们差的等价代换定理;当2个无穷大负等价时,给出它们和的等价代换定理．结合具体实例探讨等价代换定理在解决含无穷大和差的复杂未定式极限中的应用．     

试函数扩展的径向基点插值无网格-有限元耦合法在断裂力学的应用

为了发挥无网格法和有限元法各自的优势,提出径向基点插值无网格法与有限元直接耦合的计算方法(RPM-EFM)。无网格法只需要节点信息,无需单元信息,克服了有限元计算中网格畸变和重新生成带来的困难,故其在分析裂纹扩展和局部大变形等问题方面具有优势。应用试函数扩展的径向基点插值无网格法与有限元法耦合(ERPM-FEM),对含边裂纹的矩形板的裂纹尖端应力场和应力强度因子进行计算分析,结果与精确解高度吻合,且效率更高。     

论粘弹性裂纹体的时间相依G_i—K_i关系

由于能量释放率不是裂纹体边值问题的直接解答,粘弹裂纹体的能量释放率原则上不能直接应用粘弹对应原理求得。在某些特殊情况(常载荷或常位移)下,这一困难虽然已被巧妙地克服,但仍有必要一般地讨论粘弹裂纹体的G_i—K_i关系。如我们在前文中指出那样,粘弹体的能量释放率等于裂纹闭合能量率。利用线粘弹体裂纹前缘的应力位移埸,通过计算这一裂纹闭合能量率,推导出了粘弹裂纹体的时间相依G_i—K_i关系。主要结论如下: 1) 粘弹裂纹体的G_i—K_i关系是时间相依的。粘弹裂纹体的能量释放率可从对应的弹性裂纹体的能量释放率乘以某时间因子f_(ig)(f)而得到。2) 能量释放率的时间因子等于应力(或应力强度因子)和位移的时间因子的乘积f_(ig)(t)=f_(iσ)(t)f_(iα)(t)。3) 不同流变模型、不同应力状态(平面应力、平面应变、反平面应变)及不同情况(给定载荷、给定位移)的裂纹体的能量释放率是不相同的。4) 采用这里得到的结果,可以很方便地立刻将线弹性断裂力学的某些结果推广到粘弹裂纹体的情形。     

指数多项式模型中参数最大似然估计的收敛速度

强度随时间变化的非齐次Possion过程在很多领域应用广泛.对一类非常广泛的非齐次Poisson过程—指数多项式模型,得到了当观测时间趋于无穷大时,参数的最大似然估计的“最优”收敛速度.     

粘弹性断裂问题中的能量释放率及类应力强度因子

本文从粘弹性体裂纹尖端附近区域的位移埸和应力埸出发,导出了标准线性体(ν=常数)的裂纹体能量释放率的计算公式,并由此引入与裁荷持续时间有关的类应强度因子定义。从而,使得某些粘弹性断裂问题的求解大大简化。     

每扁管4个涡产生器式板芯传热与阻力研究

对扁管管片每单元４个涡产生器强化板芯进行了传热传质实验研究。实验结果表明当板间距一定,涡产生器高度一定时Ｎｕ数和ｆ数随涡产生器攻角的增大而增大。当板间距一定,涡产生器攻击角一定时Ｎｕ数和ｆ数随涡产生器高度的增大而增大,但当Ｈ／ｔｐ的比值小于一定值后,Ｎｕ数增加的不太显著。作了涡产生器式强化板芯与东风４Ｂ型机车中冷器板芯,在相同泵功率及相同温度条件下换热强度的比较,结果表明,换热增强２０％左右。     

含任意分布裂纹与缺陷的板条加筋结构的应力强度因子

本文研究两类不同介质的板条在单向拉伸下裂纹尖端的应力强度因子的计算问题.板条内部分别含有一个任意分布的裂纹与椭圆孔,其结构为周期间隔地用筋条连接.采用复变函数及摄动方法,最后以幂级数形式给出应力强度因子的计算公式.对工程上多种实用的结构给出数值计算图表.这些结果进一步拓广了"应力强度因子手册"的工作,文中还指出了上述手册中某些结果存在的问题.     

轴对称冲入半无限体的参量积分解法

对圆形平冲头轴对称冲入半无限体问题提出以参数方程建立速度场,并以参量积分求解变形功率的新方法。得到了轴对称冲入应力状态因子的上界解析解,证明了该解略低于平面变形冲入三角形速度场的最小上界值。     

带双裂纹的椭圆孔口的反平面剪切问题的解析解

断裂现象始终是同材料与结构中的孔洞、缺口或裂纹相关联的,在材料的这种宏观不连续部分最明显的特点是应力分部极不均匀,从而导致应力集中。缺陷(孔洞、裂纹、位错等)和应力集中往往是造成结构破损的重要原因。利用复变函数方法,通过构造保角映射,研究了带双裂纹的椭圆孔口的反平面剪切问题,给出了Ⅲ型裂纹问题的应力强度因子,在极限情形下,不仅可以还原为已有的结果,而且求得带双裂纹的圆形孔口问题、十字纹问题在裂纹尖端处的Ⅲ型应力强度因子。     

隔震钢筋混凝土贮液结构的流—固耦合高频振动响应

通过对贮液结构的共振响应,分析结构的流—固耦合高频振动响应。根据液体发生微幅晃动时的钢筋混凝土矩形贮液结构液动压力的解析解,当结构受到的外界激励频率为液体自振频率时,贮液结构会发生共振现象,动力响应将趋于无穷大。如果在现实情况下发生这样的响应,将会给钢筋混凝土贮液结构的隔震设计带来诸多理论困扰。利用ADINA有限元分析软件,分析了橡胶隔震钢筋混凝土矩形贮液结构流—固耦合共振时的动力响应,结果表明:橡胶隔震支座可过滤掉外界激励的高频振动分量,不会使结构产生理论上的高频共振现象。但是,当外界激励的频率接近液体一阶频率时,结构的动力响应将会出现明显的共振放大现象。因此在选择隔震周期时应该以第一阶频率为主。