正交各向异性功能梯度材料周期裂纹问题研究

研究了正交各向异性功能梯度材料含平行周期裂纹的平面I型和II型断裂问题.考虑正交各向异性的主轴方向分别为平行和垂直于带的边界,运用Fourier变换,将混合边值问题的求解转化为求解第一类Cauchy奇异积分方程,获得了周期裂纹尖端应力场.结果显示了非均匀材料参数,材料力学性质和裂纹间距对应力强度因子的影响,对功能梯度材料的设计及应用有参考价值.     

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.     

动载荷作用下功能梯度板中SIF的数值计算

探讨了功能梯度板中的裂纹问题.在动载荷作用下,使用Newmark方法离散时间,由于材料非均匀,因此将材料的质量密度假设为一个函数,弹性摸量假设为较Erdogan模型更广泛的一般函数.作为一个例子,求解了两种不同材料组合成的一个单裂纹问题,计算了裂纹尖端的I型应力强度因子,指出:材料质量密度变化的影响不能忽略,也不能简单地取成某些常数.文中比较了使用Erdogan函数与一般函数的计算结果.     

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.     

关于空间裂纹群问题的理论分析与数值计算(Ⅱ)数值计算与实例

本文是文[1]的续篇.对于平行分布的圆盘状裂纹群,文[1]将问题归结为求解一线性代数方程组.对于文[1]中的这一基本线性代数方程组,本文采用摄动法进行求解,导出了以级数形式表示的应力强度因子计算公式.作为示例,本文对大小相等的一对圆盘状平行裂纹的单向拉伸问题进行了计算.数值结果表明,作者对于圆盘状平行裂纹群提出的计算方法是行之有效的.     

闭口薄壁弯扭复合梁的自由振动分析

利用广义变分原理建立了正交各向异性材料闭口薄壁弯扭梁自由振动的一组控制方程,其中考虑了材料的各向异性、横向剪切变形、与扭转有关的翘曲变形以及在各向异性材料中引起的各种弹性耦合对该梁振动特性的影响。直接对控制方程进行求解,可以求得该梁自由振动的固有频率及其相应的振型表达式。最后结合算例,对该梁在一端固定一端简支条件下的固有频率及振型进行求解,并将其与使用ANSYS梁单元的有限元结果进行了比较。     

粘弹性材料中的热量生成率函数及温度场控制方程

对均匀、线性、具有时温等效性的粘弹性材料,从不可逆热力学基本定律出发,导出了热量生成率函数及近似温度场控制方程.在周期性变形的条件下,热量生成率函数被表示成了损耗模量及应变振幅的简单关系式.对任意周期形状,利用富里埃展开进行逼近.导得的函数及方程适用于各向异性、正交各向异性及各向同性粘弹性材料.可用来计算钢丝轮胎等粘弹性体的热损耗及温度场.     

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。     

微分求积法求解变截面功能梯度梁的弯曲问题

应用微分求积法(DQM)分析变截面功能梯度梁的弯曲.基于Euler梁理论,同时考虑横截面尺寸和材料参数沿长度梯度变化,建立基本方程.采用DQM对变系数高阶微分方程进行数值求解.首先,退化为等截面均匀材料梁得到数值结果,并与解析解比较,说明了DQM的有效性和精确性.其次,分别考虑横截面尺寸和材料物性参数沿轴向连续变化,给出功能梯度梁的挠度的数值解,并分析几何参数、物理参数沿轴线变化时梁挠度的变化规律.     

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。     

界面周期裂纹的SH波散射

研究了分布于两个半空间之间的界面周期裂纹对反平面剪切波的散射问题.应用有限富里叶变换.将一个周期带内的混合边值问题归结为对一具有周期核的第一类奇异积分方程的求解;借助于切比雪夫多项式,给出了积分方程的级数形式解,并得到了在裂纹尖端附近应力强度因子的计算公式.最后,对散射位移场的远场性态进行了分析讨论.     

功能梯度材料梁结构的稳定性分析

基于一阶剪切变形非线性梁理论,运用物理中面的概念推出功能梯度材料(FGM)梁稳定性问题的基本方程,分析了功能梯度材料梁在面内热荷载作用下的稳定性。分析中假设功能梯度材料性质只沿梁厚度方向、并按成分含量的幂指数形式变化;利用打靶法对所得方程进行数值求解。结果表明,两端夹紧的FGM梁在均匀热载荷或非均匀热荷载作用下时都会发生过屈曲变形。     

各向异性板应力集中问题有限元方程的预处理方法

针对各向异性板应力集中问题有限元方程的数值求解,建立了一类简单且实用的代数多重网格预处理共轭梯度法(AMG -CG法) .由于该预处理方法能有效地降低刚度矩阵的条件数,使刚度矩阵的谱分布更集中,从而大大地提高了计算效率.数值结果表明,AMG -CG法对求解应力集中问题有限元方程是十分有效和健壮的,具有较高的计算精度     

关于空间裂纹群问题的理论分析与数值计算——(Ⅰ)理论分析与基本公式

本文研究线性断裂理论中的空间裂纹群问题.对于平行分布的圆盘状裂纹群,本文提出了一种理论分析与数值计算方法.通过引入等效载荷和使用局部坐标展开法将圆盘状平行裂纹群问题归结为求解一组线代数方程.而解此线代数方程组,即可得出圆盘状平行裂纹群问题的解.文中的计算实例表明这一方法是行之有效的.     

亚微观粗糙表面润湿各向异性及振动能影响研究

利用表面微观粗糙结构获得超疏水及自清洁表面已引起了学术界及工业界研究者的广泛兴趣.当微观粗糙结构在表面平均而无各向性分布时,液滴沿三相接触线接触角分布将表现一致,如阵列柱状结构排布;当微观粗糙结构的分布有方向依赖性时,表面的疏水或亲水性质将呈现各向异性,如周期性平行沟槽结构.这种润湿各向异性性质对设计符合使用要求的超疏水表面有很重要的作用.本文在对平行沟槽表面润湿各向异性机制研究的基础上,以热力学分析方法来进一步讨论外界振动能大小对液滴润湿行为的影响.通过一些理论简化后,提出一种在实验研究与实际应用中都具有普遍意义的平行沟槽模型,经热力学分析计算后发现随着外界振动能的增加,在平行沟槽各方向上的非复合及复合润湿态的接触角滞后都将减小.进一步分析表明,非复合动态润湿的各向异性随外界振动能增加而减小,而复合动态润湿的各向异性则增加.     

充等离子体金属腔谐振特性的变分解

从麦克斯韦方程组出发,推导了求解电磁场参量的普适变分方程,其特点是对试探函数没有边界条件的限制,便于求解非规则形状各向异性材料的电磁场边值问题,文中应用Rayleigh-Ritz法求解充等离子体金属腔的谐振特性,对矩形金属腔分析的结果与文献[3]矩量法分析结果吻合得较好;还给出了圆柱形谐振腔中准TE_(111)和准TM_(011)模式的谐振频率和品质因数随等离子体参数变化的曲线簇,它们在工业应用中具有重要的参考价值.     

正交各向异性矩形板大挠度问题研究

使用“两变量法”和“混合摄动法”对非均布横向载荷作用下的正交各向异性板的大挠度问题进行了研究，获得了两邻边固定两邻边自由正交各向异性矩形板对ε１为Ｎ阶和对ε２为Ｍ阶的一致有效渐近解。     

圆盘状共面裂纹群问题的数值计算

本文对于含有圆盘状共面裂纹群的无限体提出了一种计算方法.基本思想是首先利用圆盘状单裂纹之解以及局部坐标展开法将裂纹群问题化为求解一组线代数方程.通过求解此线代数方程组,最后获得圆盘状共面裂纹群之解.     

求解裂纹扩展参数的最简回归

裂纹扩展的过程受到诸多因素的影响,并且裂纹扩展变量与其影响因素之间存在着相关关系,因而可以通过回归分析寻找它们之间的数学描述.文中探讨了裂纹扩展参数的最简回归,得到了求解裂纹扩展参数的最简回归公式.该解法为实现对裂纹扩展规律的定量认识提供了理论依据.     

周期型多重二次半正交样条小波及对偶小波基

对周期型多重二次样条函数空间,给出了具有点消失矩性质的紧支集半正交小波基及对偶小波基,得到了相应的快速正交投影算法,最后给出了奇性检测性质.