复合材料中夹杂内位错和圆弧形界面裂纹的弹性干涉效应

研究了夹杂中螺型位错和圆形弹性夹杂界面裂纹的相互干涉问题。运用复变函数的解析延拓技术与奇性主部分析方法，获得了该问题的一般解答。作为典型例子，求出了含一条界面裂纹时基体和夹杂区域复势函数的封闭形式解．导出了位错在夹杂中任意位置时界面裂纹尖端应力强度因子和位错力的解析表达式。该解答可作为Green函数研究夹杂中裂纹和界面裂纹的干涉作用，且公式的退化结果与已有献一致。     

Ⅰ型裂纹与任意形状夹杂间的作用力

根据Eshelby等效夹杂理论，导出Ⅰ型裂纹与任意形状夹杂相互作用力的近似表达式和一些特殊形状夹杂的简化算式，该解可快速算出Ⅰ型裂纹与任意形状夹杂之间的作用力．由裂纹与夹杂间相互作用力的规律所揭示的复相材料中裂纹扩展特性、裂纹尖端材料的损伤机制和已有的实验观察相符。     

XCQ16和20Mn2车轴用钢疲劳失效的微观机理

利用扫描电镜(SEM)对XCQ16和20Mn2两种车轴用钢疲劳断口和裂纹扩展断口进行分析,研究疲劳失效过程中的裂纹萌生及扩展机理.结果表明:裂纹均是从试样表面萌生,非金属夹杂和位错是主要的萌生机制;XCQ16钢在疲劳断口中部区的裂纹闭合效应大于20Mn2钢,裂纹扩展较慢;两者在裂纹扩展区的扩展机理不同,XCQ16钢属于塑性断裂,20Mn2钢属于解理断裂;在非金属夹杂上,XCQ16钢多含氧化物和硫化物的混合夹杂,20Mn2钢主要是氧化物夹杂,混合夹杂对材料的疲劳性能影响较小.     

I型裂纹与任意形状夹杂间的作用力

根据Eshelby等效夹杂理论,导出I型裂纹与任意形状夹杂相互作用力的近似表达式和一些特殊形状夹杂的简化算式.该解可快速算出I型裂纹与任意形状夹杂之间的作用力.由裂纹与夹杂间相互作用力的规律所揭示的复相材料中裂纹扩展特性、裂纹尖端材料的损伤机制和已有的实验观察相符.     

正方形弹性夹杂对裂纹应力强度因子的影响

研究无限弹性体中正方形弹性夹杂对裂纹应力强度因子的影响，给出了问题的新边界积分方程，对典型问题进行了边界元计算，所得结果表明：裂纹的应力强度因子随着夹杂弹性模量的增大而减小，软夹杂有利于裂纹的扩展，而刚性较大的夹杂对裂纹有抑制作用。     

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.     

拉伸与低周疲劳载荷作用下夹杂物特征参数对航空用超高强度钢中裂纹萌生与扩展的影响

为了研究非金属夹杂物对航空用超高强度钢性能的影响,采用扫描电镜原位观测的方法,跟踪观察了拉伸和低周疲劳载荷作用下两种航空用超高强度钢中不同种类、形态和尺寸的夹杂物导致裂纹萌生与扩展的微观行为.结果表明,对于单个TiN和AlN夹杂,在拉伸载荷作用下,裂纹均首先在夹杂内部萌生.夹杂面积越大,夹杂内萌生的裂纹条数越多,第1条裂纹萌生所需的应力越小.在疲劳载荷作用下,对于单个TiN夹杂,裂纹也首先萌生于夹杂内部.但对于以点链状形式存在的AlN夹杂,无论是在拉伸还是疲劳载荷作用下,裂纹均首先在点链状夹杂内部两夹杂之间的母材中萌生,然后沿点链状夹杂向两侧扩展.以点链状形式存在的夹杂对材料疲劳性能的危害比单个夹杂严重得多,夹杂物对材料疲劳性能的危害远大于对拉伸性能的危害.     

螺型位错与含共焦裂纹弹性椭圆夹杂的干涉效应

研究了基体与夹杂中任意位置螺型位错与含共焦裂纹弹性椭圆夹杂的干涉问题,运用复变函数的分区全纯理论、柯西型积分、应力函数奇性主部分析方法与Rieman边值理论,将问题归结为一个初等复势函数方程的求解.获得了基体与夹杂区域复势函数的级数形式精确解,导出了裂纹尖端应力强度因子解析表达式和作用于位错的像力公式.计算结果表明:夹杂中的裂纹对于位错与夹杂的干涉具有强烈的扰动效应,它增强软夹杂对位错的吸引,减弱硬夹杂对位错的排斥,甚至将排斥转变为吸引.裂纹尖端附近的应力强度因子等值线表明,螺型位错位于裂纹尖端附近特定区域时对于裂纹扩展具有屏蔽效应.     

Kim模型下超导圆柱体中的夹杂对裂纹的影响

建立一个含有夹杂和中心裂纹的圆柱状YBaCuO超导体的分析模型,将该超导圆柱体置于外磁场中,超导圆柱将受到电磁力作用.通过有限元方法求解裂纹尖端的应力强度因子,求解得到的数值结果可以反映出超导圆柱在电磁力作用下的断裂行为.基于临界态Kim模型,忽略夹杂和裂纹对屏蔽电流的影响,讨论零场冷却过程中裂纹尖端应力强度因子值的变化规律.结果表明,外磁场、夹杂的杨氏模量、夹杂与裂纹的间距、夹杂的半径以及裂纹长度等因素对裂纹有显著影响.     

弯曲疲劳裂纹萌生过程的细观实验与分析

基于细观实验,对夹杂物附近疲劳裂纹萌生的形式,方向和过程等进行了分析,结果表明：夹杂物与基体弹塑性,热性上的差异导致不同萌生形式;表面层应变状态与表面法向间的取向决定萌生方向和扩展平面,萌生过程以小裂纹汇合方式进行。     

含夹杂超导体中共线裂纹的相互作用

建立一个含有圆形夹杂和纵向贯穿共线裂纹的YBCO超导平板模型,在外加磁场产生洛伦兹力的作用下,研究含有夹杂的YBCO超导体中两个共线裂纹的相互作用,采用Bean模型描述超导体的电磁行为.通过确定裂纹尖端的应力强度因子(SIFs)并进行相关的磁弹性应力分析.结果表明外磁场大小、粘性磁通量流速v₀夹杂物的大小、裂纹长度、夹杂半径以及夹杂与基体杨氏模量之比对应力强度因子都有影响.     

有裂纹无限大平板非稳定热应力解析数值解

讨论有微观裂纹的平板在急冷时所产生的热冲击问题。分析了有裂纹平板的瞬间热应力，并确定裂纹尖端的应力强度因子。无因次的最大应力强度因子用比奥数及无因次裂纹长度来表示，提出了３者之间的确定的简化公式。     

含刚性导电椭圆夹杂的压电材料反平面裂纹问题的研究

用复变函数及其保角映射、解析延展方法 ,建立了含刚性导电椭圆夹杂的压电材料反平面界面裂纹问题的解析方程 ,通过求解Hilbert方程得到了问题的封闭解和耦合场的强度因子。结果表明 ,耦合场在裂纹尖端有 1 / 2阶的奇异性 ,应力和电位移强度因子均与材料常数无关。同时给出了椭圆形刚性导电夹杂的特殊情况圆形夹杂和线夹杂界面裂纹问题的应力和电位移强度因子计算式     

拉伸圆孔板孔边裂纹应力强度因子解析解

裂纹尖端应力强度因子是判断裂纹扩展和结构失效的重要标准,探究拉伸荷载下圆孔与裂纹相互作用的裂纹尖端应力强度因子对材料断裂准则和残余强度分析具有重要意义。基于叠加原理和弹性力学初始解,采用Westergaard应力函数求得单轴拉伸圆孔板孔边裂纹应力强度因子的积分方程,使用切比雪夫多项式得到积分方程的近似解,运用Exponential函数对近似解修正得到裂纹尖端应力强度因子修正解;运用Abaqus对同一问题进行模拟分析并与修正解结果进行对比;分析了裂纹尺寸、圆孔半径、裂纹位置角以及裂纹倾角对裂纹尖端应力强度因子的影响。结果表明：修正解与Abaqus模拟解基本吻合;应力强度因子随裂纹尺寸和圆孔半径增大而增大,随裂纹位置角和裂纹倾角增大而减小。     

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.     

含缺口受拉平板三维应力场及其对脆性破坏的影响

含尖缺口受拉平板三维应力场 ,在理论上已有多种解析解法但演算复杂。该文从 Neiber解析法出发 ,导出含尖缺口受拉平板三维应力场的实用简化计算方法。对于脆性破坏最有意义的是裂缝尖端附近的应力状态 ,经过理论计算 ,简化解在距离裂缝一定范围内的误差只有 1.2 %。研究了裂缝尖端附近三维应力分布 ,及沿厚度方向的应力分布。结果表明 :应力集中区常处于三向受拉状态 ,其塑性发展受到限制 ,因而极易发生脆性破坏     

截锥面形界面裂纹尖端附近应力奇异性分析

扩展到界面的环裂纹偏离垂直界面的位置,就形成截锥面形界面裂纹,主尖端应力奇异性指数大小不仅依赖于两相材料常数α和β,同时也依赖于锥角的大小。据此利用渐近展开和分离变量相结合的方法对裂尖奇异性指数的变化进行了分析,结果表明,随着锥角和α,β的变化,会出现振荡奇异,当锥角为零,截锥面裂纹变为圆柱形界面裂纹。