一维六方准晶中纳米尺度正三角形孔边裂纹的反平面问题

基于Gurtin–Murdoch界面/表面理论和复变函数方法,结合保角映射技术研究了一维六方准晶含纳米尺度的正三角形孔边三裂纹反平面剪切问题,分别得到了声子场和相位子场的应力、应力强度因子封闭表达式,同时还获得了能量释放率的解析解。数值算例分析了无量纲化应力强度因子、无量纲化能量释放率在无穷远处声子场和相位子场应力作用下的变换规律。数值结果表明：无量纲化声子场应力强度因子随着无穷远处声子场应力的增大而逐渐增大并缓慢趋于稳定值,随无穷远处相位子场应力的增大而减小;无量纲化相位子场应力强度因子随着无穷远处声子场应力的增大而缓慢增加,随无穷远处相位子场应力值的增大而缓慢减小且最终趋于稳定;当裂纹长度和三角形孔边长之比给定时,随着无穷远处应力的增大,无量纲化能量释放率也随之增大;表面效应作用下,声子场和相位子场之间存在耦合效应;无量纲化的应力强度因子和能量释放率均存在着显著的尺寸依赖性;缺陷尺寸的不断增大会减小表面效应对周围应力场的影响。     

三维应力强度因子的有限元计算

根据Ｉｒｗｉｎ的裂缝闭合积分求能量释放率的原理，系统地导出了空间有限元求裂缝尖端的能量释放率的有关公式。研究中假设缝端单元应力及裂后单元位移分布为局部坐标ξ，ζ的双线性函数，用单元的结点力和结点位移来表征单元的能量释放率，分析时只需一种单元网格，可以分析缝端为直线和曲线分布的各种线弹性断裂力学问题。算例表明，本文方法不需用较密的网格，就可获得相当高的精度，这为大型结构线弹性断裂力学应力强度因子的计     

压电材料平面裂纹问题的强度因子和能量释放率

在压电材料平面问题复变函数形式的通解的基础上，推导了裂纹问题的应力强度因子和电位移强度因子（统称为强度因子）的一般表达式。提出了用裂纹面上的位移和电势来推算强度因子的方法，并用有限元实施计算。以无限大压电介质中的Ⅰ型（即张开型）裂纹问题为例，将有限元计算结果与解析解做了比较。进一步又计算了含有边界裂纹的紧凑拉伸试件以及三点弯曲试件的强度因子、能量释放率和断裂荷载，与已有的试验结果作了比较，并对以机械能释放率为判据的断裂准则进行了讨论。     

复合型裂缝应力强度因子与能量释放率的关系

基于断裂力学理论和最大应力准则,结合单一型裂缝应力强度因子K与能量释放率G之间的关系和能量法,推导出Ⅱ-Ⅲ复合型裂缝K与G的关系公式;通过有限元软件对Ⅱ-Ⅲ复合型裂缝进行模拟,计算出Ⅱ-Ⅲ复合型裂缝的应力强度因子和能量释放率。模拟值与理论值之间的相对误差为4.44﹪,在允许范围内,验证了公式的合理性。     

镁合金AM50断裂力学参量的有限元计算和验证

利用MTS高级材料实验机在应变控制条件下获得了镁合金AM50的单向拉伸应力应变曲线和常规的机械性能参数;用紧凑拉伸试件测定了镁合金AM50的应力强度因子．基于虚拟裂纹闭合法和Griffith势能法,得到相应载荷下的能量释放率G和应力强度因子K,并将计算结果与实验值进行了比较,获得了与实验一致的结果,表明该方法可用于镁合金构件断裂力学参量的数值分析和计算．     

低频P波荷载下压电介质中共面裂纹的耦合断裂行为

对压电介质中共面裂纹的动态断裂问题进行建模,并求解该边界值问题.将裂纹形状等效为等面积的矩形以便于理论分析和增加安全评价的可靠性,采用一般Almansi理论得到了广义应力场、广义应力强度因子和能量释放率的解析表达式.考虑部分电导通裂纹边界条件,将边界值问题转换为3组对偶积分方程,并以裂纹上下表面的位移阶跃函数作为未知函数.通过将位移阶跃函数展开成Jacobi多项式,得到裂纹尖端的广义奇异应力、广义强度因子和能量释放率的解析解.最后,通过数值算例研究了P波载荷频率和矩形裂纹几何尺寸对裂纹扩展行为的影响规律.研究结果显示了该方法的正确性及在动载作用下裂纹相互作用引起裂纹扩展行为的复杂性.     

正交异性压电双材料反平面界面裂纹应力分析

分析了正交异性压电双材料在反平面无穷远处机械载荷和面内电载荷作用下的反平面界面中心裂纹,通过运用复合函数法和待定系数法,使双层板反平面界面中心裂纹尖端断裂转换为求解偏微分方程组的边值问题,求解边值偏微分方程组,在裂纹尖端邻近,对相应电位移强度因子和应力强度因子进行定义,从而得到应力场、电位移场、应力强度因子、电位移强度因子表达式。结果表明应力总是促进裂纹扩展,应力强度因子、电位移强度因子和能量释放率与力电载荷、裂纹长度有关。数值研究了机械能应变释放率与材料参数的差异、外加载荷、裂纹长度之间的关系。     

汶川地震断层应力强度因子分析超奇异积分法

 地震作为复杂瞬态断裂破坏物理过程,其机制研究是一个多学科交叉问题;同震断层处应力/能量积累释放规律,为从断裂角度研究地震机制提供了一个切入点;应力强度因子（应力角度）和应变能强度因子（能量角度）是断裂力学/物理学的两个最基本的参数。本文应用非线性边界元和主部分析法,将汶川地震断层破坏过程转化为解以断层位移间断为未知函数超奇异积分方程组问题,定义了断层处应力强度因子;利用有限部积分概念及体积力法,为方程组建立了数值解法,编制了Fortran程序,得到断层处应力强度因子数值结果;通过研究应力强度因子随断层位置变化规律,分析了汶川地震断层破坏过程;结合应变能强度因子理论,通过对宏微观电磁破坏过程进一步深入模拟研究可得到电磁辐射破坏变化规律,为地震短临预测提供理论支持和帮助。     

含裂纹功能梯度板能量释放率的ABAQUS用户子程序开发

为求解含裂纹功能梯度板的动态能量释放率,提出了基于非均匀有限元法的虚拟裂纹闭合法.基于有限元软件ABAQUS平台,开发了动态载荷作用下功能梯度材质的哑节点断裂单元,编写了用户自定义子程序UMAT和UEL,求解了动态载荷作用下的含裂纹功能梯度板能量释放率分量.对不同形状因子下的中心和倾斜裂纹功能梯度板的动态能量释放率分量进行了求解,并转化为动态应力强度因子,与差分法作比较.数值算例结果表明,动态载荷作用下功能梯度材质的哑节点断裂单元具有精度高、简捷方便、裂尖无需使用奇异元或特殊单元和子程序通用性强等优点,为工程师求解动态断裂参数提供了新途径.     

J积分法计算压电材料平面问题的能量释放率和强度因子

运用压电材料的广义变分原理推导出了压电材料平面应变问题的有限元列式，并且采用Ｊ积分法计算了压电材料平面应变断裂问题的能量释放率Ｇ．然后，用Ｓｏｓａ的平面问题裂端渐近解作为辅助场，用有限元数值解作为真实场，由推广的交互Ｍ积分法求得了应力强度因子ＫⅠ、ＫⅡ及电位移强度因子ＫⅣ．算例表明，计算结果与理论解符合得很好     

材料线弹性断裂力学的断裂准则研究进展

断裂准则在预测含裂纹材料发生破坏的时间、位置和裂纹扩展路径等方面具有重要意义。重点总结了线弹性材料中裂纹的断裂准则,阐述了应力强度因子准则、最大能量释放率准则、最大拉应力准则、最大拉应变准则、最小应变能密度准则等常用的断裂准则理论及其现状,以及这些准则的优点和局限性;基于常用断裂准则对应力分量和临界半径考虑不足,归纳了国内外学者提出的修正断裂准则,包括考虑T应力(非奇异项)和可变临界半径rc的影响。分析了断裂准则在岩石和混凝土脆性材料中的应用,针对基于断裂准则预测其破坏行为时存在的难题,建议将裂纹尖端应力场的高阶项T应力引入断裂准则,能更准确地预测裂纹的扩展路径与偏转角。     

硝化聚酰亚胺／多官能团环氧树脂的相容性及断裂行为

研究了聚酰亚胺的硝化反应，并用ＮＭＲ、红外光谱、元素分析和粘度测定对硝化聚酰亚胺进行表征．将硝化聚酰亚胺与多官能团环氧树脂共混，通过ＳＥＭ、ＤＭＴＡ和三点弯曲试验分析共混物的相容性和断裂行为，结果显示了硝化聚酰亚胺与环氧树脂相容性良好，可作为聚酰亚胺／环氧树脂共混体系的增容剂．但是，纯硝化聚酰亚胺则不能有效地提高环氧树脂临界应力强度因子（ＫＩＣ）和临界应变能释放速率（ＧＩＣ）．     

7050铝合金材料R曲线的三维效应与试验研究

裂纹扩展阻力曲线(R曲线)反映了疲劳裂纹扩展断裂的真实物理过程,但是现阶段测量材料R曲线的方法在计算试样阻抗应力强度因子时,未考虑厚度的影响,并且在计算裂纹扩展阻力R时,仅考虑了平面应力状态与平面应变状态两种极端情况,忽略了更为普遍的过渡状态。首先对中心孔裂纹板进行了三维弹塑性有限元分析,通过计算其三维应力强度因子表示式,建立了裂纹扩展阻力与试样厚度的关系模型。其次,依据三维状态下能量释放率与应力强度因子的关系式,结合裂纹扩展阻力与试样厚度的关系式,建立了不同厚度试样三维裂纹扩展阻力R值的计算模型。最后,基于该模型,通过试验测定了不同厚度7050铝合金板的R曲线,得到了R曲线与试样厚度的函数关系式。     

Problems of antiplane strain of electrically permeable cracks between bonded dissimilar piezoelectric materials

The electrically pcrmeable slit crack within a piezoelectric body is treated as a bonded interface in electrostatics. The electric boundary conditions along the interface should be the continuity of the tangent component of the electric field strength and the normal component of thc electric displacement. Using such boundary conditions, the problems of antiplane strain of collinear cracks between bonded dissimilar piezoelectric materiala are exactly analyzed. Solutions of the complex potentials in a closed form are given for a single and two interface cracks. It is shown from the solutions that the stress, strain, electric field strength and electric displacement have (1/2) type of singularity at the crack tip, and the energy release rate for crack propagation depends only on both stress intensity factor and strain intensity factor.     

带缺陷金属薄板的拉伸强度

对金属薄板含缺口和无缺口的试样进行了拉伸实验,由实验数据分别计算了薄板有效截面的均匀化应力,薄板缺口处裂纹端部的应力强度因子,并用有限元法对薄板的韧带上应力分布进行了数值模拟,分析了缺口对薄板应力集中的影响.     

高温后混凝土双G断裂准则分析

借鉴常温下能量型断裂模型,结合线弹性断裂力学和虚拟裂缝区上的粘聚应力分布,以能量释放率G作为断裂性能判定参数,建立高温后混凝土裂缝扩展的双G准则.该准则采用起裂韧度GIC,ini和失稳韧度GIC,un描述裂缝发展阶段,引入粘聚韧度GIC,c建立3种韧度之间的定量关系,并通过高温后楔入劈拉法试验进行验证.最后将能量法和应力法求得的断裂韧度值进行对比,发现两者能够很好吻合.     

模内压板与成形复合工艺及杆系柔性成形模具

分析了板料在曲面成形过程中的应力分布情况和板料的受压屈曲与起皱机理,提出了一种新颖的板料成形方法———模内压板与成形复合工艺,板料在成形过程中板面法向受压板力的约束,可抑制板料受压屈曲,这种工艺方法可以显著地减少板料在成形过程中的起皱现象.杆系柔性成形模具由若干个可调节杆组成,若干个杆组合成一个阵列,各杆端冲压头可以更换,选用与被冲压板件局部成形面近似形状的冲压头组成一定尺寸的模具冲压面,以适应加工件的表面形状,从而构成冲压成形模具.模内压板技术与杆系柔性成形模具相结合,实现模内多点压板与成形,从而可以有效地抑制板料的起皱.     

基于双G准则的掺粉煤灰砼断裂性能研究

采用双G准则研究了掺粉煤灰混凝土的临界能量释放率,采用不同龄期、不同缝高比的掺粉煤灰混凝土梁做三点弯曲试验.试验表明,浇筑之后7d内,随着龄期的增长,临界能量释放率增长;7d后,临界能量释放率几乎不变化,并且不同缝高比对混凝土临界能量释放率影响不大.由此可以得出掺粉煤灰混凝土的断裂参数,并可作为材料的性能指标.