双材料反平面V形切口应力奇性指数的计算

文章研究反平面剪切荷载作用下V形切口应力奇性指数的计算,以V形切口尖端附近位移场沿其径向渐近展开为基础,将其线弹性理论控制方程转换成切口尖端附近关于周向变量的常微分方程组特征值问题,然后采用插值矩阵法计算该常微分方程组特征值问题,从而得到反平面V形切口的应力奇性指数。文中给出数值算例,与已有文献结果作比较,证明本文方法对分析反平面V形切口的应力奇性指数是一种有效、准确的手段。     

两相异质材料切口强度边界元法研究

采用边界元法分析两相异质材料切口尖端的应力场,再采用后处理的方法计算切口的应力强度因子。通过对界面裂纹这一特例进行分析,并和参考解对照,证明文中方法的有效性。最后,分析了弹性模量比、切口开角、切口深度等因素对切口应力强度因子的影响规律。     

两相异质材料切口强度边界元法研究

采用边界元法分析两相异质材料切口尖端的应力场,再采用后处理的方法计算切口的应力强度因子.首先,通过对界面裂纹这一特例进行分析,并和参考解对照,证明该方法的有效性.分析了弹性模量比、切口开角、切口深度等因素对切口应力强度因子的影响规律.     

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。     

磁电弹材料反平面切口奇性数值分析

磁电弹复合材料具有压电压磁的特点而被用于制作传感器等智能元件,在这些元器件中经常遇到界面端或切口问题,切口处由于易产生较高的奇异场而导致机械失效或电介击穿致使器件失效.本文主要研究磁电弹材料反平面切口的奇性问题.基于切口根部物理场的渐近展开假设,从应力平衡方程和电磁麦克斯韦方程组出发,导出了关于磁电弹材料反平面切口奇性指数的特征微分方程组,并将切口的力电磁学边界条件以及粘接材料的界面协调条件表达为奇性指数和特征角函数的组合.磁电弹材料切口反平面奇性指数的计算被转化为相应边界条件下常微分方程组特征值的求解问题,通过插值矩阵法计算出各阶奇性指数和相应的特征角函数.计算结果能提供减小切口奇性程度的切口角度和材料组合方案,更好地指导磁电弹智能元器件的结构设计.     

机械载荷作用下三维功能梯度板的断裂分析

为了深入理解功能梯度材料断裂失效问题,利用有限元方法获得了三维功能梯度材料裂纹尖端的应力强度因子,研究了功能梯度材料模量比对应力强度因子的影响,尤其是考察了不同材料属性分布形式下功能梯度材料裂纹尖端的应力强度因子.计算表明:当裂纹靠近自由表面时裂纹尖端应力强度因子表现出复杂特性;材料模量比和材料属性分布形式对应力强度因子的影响显著.     

几何特征对含切口构件疲劳寿命的影响

V形切口尖端处的应力奇异对含切口构件的疲劳寿命有着显著的影响,切口尖端的裂纹扩展速率取决于该应力奇场。文章采用边界元法研究了在疲劳荷载作用下,V形切口尖端处裂纹的扩展情况,并针对V形切口尖端处裂纹扩展到与纯裂纹具有相同的应力强度因子情形,对两者的疲劳寿命进行比较,最后得出切口深度、切口张角以及初始裂纹长度对V形切口裂纹扩展的影响规律。     

正交异性双材料反平面界面裂纹分析

研究了正交异性双材料反平面界面裂纹问题。采用复合材料断裂复变方法,构造了特殊应力函数,通过求解一类偏微分方程组边界问题,推导出界面裂纹尖端附近的应力场、位移场及应力强度因子的表达式,确定了裂纹尖端应力场的奇异性,结果现实裂尖附近应力具有r^-1/2的奇异性,但没有振荡性。     

正交各向异性功能梯度材料中的运动裂纹

针对无限大正交各向异性功能梯度材料中Yoffe型运动裂纹受反平面剪切载荷的动力学问题,假设材料两个方向剪切模量均采用双参数任意次幂函数模型,采用积分变换-对偶积分方程方法,求得裂纹尖端动态应力场和位移场以及动应力强度因子.借助Matlab软件研究裂纹运动速度和梯度参数以及材料不均匀系数对动应力强度因子的影响.结果显示裂纹尖端应力同均匀材料一样具有奇异性;无量纲动应力强度因子随裂纹运动速度的增大而减小,随梯度参数的增大而增大.     

无限长条各向异性功能梯度材料运动裂纹

利用其材料剪切模量和密度的指数模型,通过Fourier积分变换导出无限长条各向异性功能梯度材料约束边界反平面Yoffe问题的对偶积分方程,利用Jacobi多项式将位移展开成级数形式,并采用Schmidt数值方法计算出了裂纹尖端的应力强度因子的动态半解析解和数值解,得出了裂纹运动速度、梯度参数、长条高度及不均匀系数对动态应力强度因子的影响。结果表明：材料的剪切模量在厚度上的变化和材料的不均匀系数对动应力强度因子具有较大的影响。     

含椭圆孔的压电材料反平面应变问题的基本解

用复变函数研究了含椭圆孔的压电材料反平面问题的基本解和裂纹尖端的场强度因子．结果表明：应力强度因子与普通材料的应力强度因子相同，而电位移强度因子与前者有相同的表达形式．     

正交各向异性功能梯度材料反平面断裂力学分析

研究了无限大正交各向异性功能梯度材料含有限长Griffith裂纹受反平面剪切载荷的力学问题.假设剪切模量沿着梯度方向都按双曲函数变化,采用积分变换-对偶积分方程方法,求得了裂纹尖端应力场和应力强度因子,并研究了材料不均匀参数对应力强度因子的影响。结果显示通过增加垂直于裂纹面方向的剪切模量可以抑制裂纹扩展驱动力。     

横观各向同性双压电板Ⅲ型界面裂纹力学分析

研究含界面裂纹的横观各向同性双压电材料板在反平面剪切载荷和平面内电位移共同作用下的裂纹尖端场问题。利用复变函数方法,引入含待定实系数的应力函数,借助边界条件和待定系数法,建立非齐次线性方程组。求解得到满足控制方程和边界条件的应力函数,推导得到双压电材料板Ⅲ型界面裂纹尖端的应力场、电位移场和应力强度因子、电位移强度因子的表达式。     

功能梯度材料与压电材料拼接界面上的反平面运动裂纹

在忽略界面上裂纹尖端裂纹面相互叠入的前提下,讨论了功能梯度材料与压电材料拼接界面上的反平面运动裂纹问题.通过Fourier积分变换,将混合边值问题转化为对偶积分方程,并利用Copson-Sih方法将对偶积分方程转化为第二类Fredholm积分方程进行求解,给出了反平面位移、电势及应力分量的解析表达式.最后,通过数值计算分析了梯度参数、裂纹运动速度以及几何尺度比率对应力强度因子的影响.     

Ⅰ型裂纹尖端圆弧对应力强度因子的影响

应力强度因子表征了裂纹尖端奇异应力场的强度,它是研究裂纹扩展规律和带裂纹构件强度的基础。本文采用有限元法,对受均布荷载作用存在边缘Ｉ型裂纹的平面板进行了数值分析。研究了裂纹尖端圆弧对应力强度因子的影响,分别计算了具有不同裂尖圆弧 的Ｉ型裂纹的应力强度因子。采用应力法计算不同半径处的表观应力强度因子,插值到裂尖圆弧而得。根据计算结果,绘制KⅠ-r0曲线,利用最小二乘法拟合至尖裂纹（r0=0）即得理想尖裂纹的应力强度因子,与解析解相差仅0.7%。该曲线为带圆弧裂纹的应力强度因子测试和带圆弧裂纹构件强度计算提供了依据     

Ⅰ型裂纹尖端圆弧对应力强度因子影响的数值研究

应力强度因子表征了裂纹尖端奇异应力场的强度,它是研究裂纹扩展规律和带裂纹构件强度的基础。采用有限元法,对受均布荷载作用存在边缘Ⅰ型裂纹的平面板进行了数值分析。研究了裂纹尖端圆弧对应力强度因子的影响,分别计算了具有不同裂尖圆弧r_0的Ⅰ型裂纹的应力强度因子。采用应力法计算不同半径处的表观应力强度因子,插值到裂尖圆弧而得。根据计算结果,绘制K_Ⅰ-r_0曲线,利用最小二乘法拟合至尖裂纹(r_0=0)即得理想尖裂纹的应力强度因子,与解析解相差仅0.7%。该曲线为带圆弧裂纹的应力强度因子测试和带圆弧裂纹构件强度计算提供了依据。     

冲击载荷下无限长条损伤材料反平面裂纹问题研究

为了研究冲击载荷下小范围损伤时材料的裂纹问题,建立了无限长条含损伤材料的反平面有限长裂纹的力学模型．从宏观唯象角度,采用Lemaitre在应变等效假设基础上建立的损伤本构方程,通过积分变换-对偶积分方程方法,获得了裂纹尖端动态应力场．动态应力强度因子的计算结果显示,在小范围损伤的情况下,随着损伤的增加,动态应力强度因子的幅值降低,反映了小范围损伤时损伤对裂纹扩展的屏蔽作用．     

修补切口应力强度因子边界元法研究

切口尖端的应力奇异性严重影响了含切口构件的使用安全,采用粘贴材料修补切口后必须对修补效果进行评估。文章利用边界元法对修补切口构件进行数值模拟,运用应力法计算切口尖端的应力强度因子,分析了修补材料的弹性模量、厚度等参数对切口应力强度因子的影响,评估了含切口构件修补后的效果。     

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     

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.