双材料反平面问题界面端奇异应力场分析

利用位移函数的级数展开,对任意角度的反平面问题界面端的应力场进行了分析研究,得到了全场解。研究一阶场后发现,奇异规律与一般平面问题界面端有显著区别,在界面端关于界面对称的情况下,平角界面端(θ1 = θ2 = θ = 90°) 应力场没有奇异性,其它形状的界面端随着角度θ 从90°到180°,奇异指数也从0到0.5。当界面端是非对称时,平角界面端(θ1 + θ2 = 180°)、直角界面端(θ1 = 90°,θ2 = 180°)以及其它形状界面端的奇异指数是一个与两相材料常数比Γ有关的常数。以上两种情况下的应力强度因子完全类似单相材料中裂纹尖端附近应力强度因子。

非奇异应力对中央含V形切口试样断裂性能的影响

采用Williams渐近展开式表达V形切口尖端附近区域的位移场和应力场,将其代入弹性力学基本方程中,应力奇异性指数及其对应的位移和应力角函数由求解常微分方程组获得。由于在远离切口尖端的区域无应力奇异性,将切口尖端应力奇异性区域移出后,应用边界元法分析无应力奇异性的剩余结构;将Williams渐近展开式与弹性力学边界积分方程结合,解出切口尖端附近应力奇异性区域的各应力场渐近展开项系数,从而获得切口尖端附近区域的完整应力场;基于此,研究了非奇异应力项对中央含V形切口试样的表观断裂韧度和临界荷载预测值的影响。结果表明:考虑非奇异应力项时,脆性断裂的表观断裂韧度和临界荷载的预测值要比忽略非奇异应力项时的预测值更接近实验值。

岩石裂纹剪切加载破坏的非奇异应力场效应

本文用边界配置法计算了多种短四点剪切裂纹梁试件的ＫⅡ值及全场应力，并进行了相应的实验研究．理论计算与实验结果的综合分析表明，对于岩石剪切裂纹的张性开裂，不是仅由Ⅱ型裂纹尖端的奇异应力场所能决定的，而是与试件的完整应力场即非奇异应力场分布有很大关系．

集中载荷作用下正交复合材料板奇异应力场的焦散线模拟实验

本文利用焦散线理论和复合材料力学的弹性理论封闭解,对集中载荷作用下半无限正交复合材料板的奇异应力场进行了光力学可视化分析.系统地推导了奇异区域应力集中问题的焦散线及初始曲线参数方程,建立了应用集中载荷与焦散斑特征尺寸的相互依赖关系,并对不同类型正交复合材料在集中载荷作用下应力奇异区的焦散线与初始曲线进行了模拟,分析了集中载荷作用区域的应力奇异特征.并与实验结果进行了比较.

硬化系数对界面端弹塑性奇异应力场的影响

本文利用弹塑性边界元分析方法 ,对具有不同硬化系数的线性硬化结合材料界面端进行了计算。分析结果表明 ,当硬化系数较大时 ,界面端附近的弹塑性应力与将弹塑性本构关系简化为线性后得到的理论结果相接近 ,而当硬化系数相对较小时 ,理论分析的奇异应力场的主控区变得非常小 ,在屈服域的绝大部分区间 ,应力奇异性与理论解有较大区别。本文的结果还表明 ,硬化系数越小 ,过渡区 (弹塑性奇异应力场支配区到屈服边界 )越大 ,屈服区域应力分布变得平坦。在小规模屈服条件下 ,屈服区域外的弹性应力分布与不考虑塑性屈服的弹性奇异应力分布相似 (即奇异次数与弹性奇异次数一致 ) ,即可用弹性奇异应力场来近似地描述小规模屈服时的弹塑性界面端 ,但应力强度系数则比弹性时略大 ,且随硬化系数的减小而增大。

纤维与基体的轴对称界面端附近的奇异应力场

基于各向同性弹性力学空间轴对称问题的基本方程，研究了纤维与基体的轴对称界面端的应力奇异性，并给出了界面端附近的奇异应力场．研究结果表明，该轴对称界面端的应力奇异性与平面应变状态下相应模型的应力奇异性完全相同，材料对界面端附近奇异应力场的影响可用三个双材料组合参数描述．

线性硬化结合材料的界面端弹塑性奇异应力场

从变形协调方程出发，利用全量理论提出了一种求线性硬化材料界面端问题的应力函数解法 并求得了线性硬化材料界面端附近的弹塑性奇异应力场．结果表明，采用线性硬化的弹塑性模型时应力 仍有奇异性，该奇异性可只用两个扩张了的Ｄｕｎｄｅｒｓ异材参数α，β来描述．特别地当硬化系数Ｈ与剪切 弹性模量μ之间有Ｈ’／μ＜＜１的关系时，可只用一个参数α来描述，且α基本上只与硬化系数有关。

复合材料层合板的奇异应力场分析

本文根据特征值与特征函数展开理论,用极其简单的矩阵形式,对纤维增强复合材料层合板中各种断裂模型的界面裂纹奇异性问题进行了一系列的理论推导。计算了各种情况下的应力奇异性值,提出了具有一般奇异性的扇形奇异裂纹单元。最后,分析了复合材料中的边界层效应、层面离层、层板横裂等情况的奇异应力场。计算结果表明,本文的方法是行之有效的。

压电材料切口奇异物理场计算

采用切口尖端奇性特征分析与有限元法相结合的思路,计算压电材料切口尖端的力学和电学奇异物理场.首先基于奇性渐近展开技巧,推演压电材料切口的奇性特征方程,引入插值矩阵法求解,获得切口尖端奇性渐近展开式的奇性指数、特征角函数及其导数.再根据有限元法的位移和电势计算结果较应力和电位移高一阶精度的特点,利用稀疏有限元网格,计算出切口附近的位移和电势,代入切口尖端物理场渐近展开式,求出幅值系数.根据计算出的幅值系数、奇性指数、特征角函数及其导数,重构出切口尖端附近的奇异应力场和电位移场,继而计算出切口的应力强度因子和电位移强度因子.本文提出半解析方法,基于有限元稀疏网格计算结果,利用较小的计算量,获得较高精度的奇异物理场.该方法无须对有限元法的插值函数进行改造,适合嵌入商业有限元软件,直接用于工程压电材料结构安全分析.

固体发动机中轴对称界面端应力奇异性研究

从界面防护的角度出发,研究了温度载荷下固体发动机中弹性-粘弹性轴对称界面端的奇异应力场。依据对应原理,由弹性-弹性界面端的特征方程获得了弹性-粘弹性界面端的应力奇异性指数。根据应变匹配模型,推导了温度载荷下轴对称界面端中的常应力项。针对现有的应力释放罩/推进剂界面端,分析了材料参数和结合角对其应力奇异性指数的影响规律,在不改变装药量的前提下,提出了弱奇异性或无奇异性界面端的设计。结果表明,自由边呈平角时界面端至多存在-0.1的弱奇异性,界面端应力集中水平显著降低。

不同材料界面边缘的应力奇异场

利用构造的应力函数,根据不同材料界面边缘的连接条件及自由边界条件求得了这类问题的应力奇异场.结果表明:不同材料界面边缘的应力奇异性与两种材料的材料常数有关,也与界面边缘的角度有关。

双周期刚性线纵向剪切问题的应力奇异因子

研究了双周期刚性线的纵向剪切问题 .利用椭圆函数的保角变换、Riemann Schwarz对称原理和奇点分析等技术 ,得到了全场应力及应力奇异因子的精确解 ,分析了刚性线夹杂横向和纵向间距对应力奇异因子的影响 .

有限元分析中应力奇异问题的处理

利用大型有限元分析软件ANSYS的参数化设计语言APDL,建立了简单的L型箱型构件的有限元模型,对模型进行静强度分析,旨在研究有限元分析中的应力奇异问题,并提出了改变加载约束位置和改变模型连接处连接方式两种方法解决应力奇异的问题。

叶片有限元分析中弹塑性过渡区应力奇异产生原因及解决方法

采用弹塑性有限元法、借助大型商业有限元软件对汽轮机叶片进行应力分析时,弹塑性过渡区应力的计算值有时会高于塑性区应力的计算值,即会产生应力奇异现象。为分析产生这一现象的原因,以8节点六面体单元为例,研究了有限元法计算应力的过程,并在理想弹塑性的条件下,采用有限元法和解析法计算了弹塑性过渡区单元节点应力。研究发现,有限元法通常采用高斯积分点应力值外推插值法得到单元节点应力,当单元一部分位于弹性区、另一部分位于塑性区时,这种外插算法会导致节点应力计算值高于结构的实际应力,甚至超出理想弹塑性材料的屈服极限,从而造成应力奇异。研究表明,在叶片弹塑性的有限元分析中,采用相邻高斯积分点应力加权平均的方法计算单元节点应力,可有效避免弹塑性过渡区应力产生奇异的现象。

含角应力奇异扇形板的振动特性

将富里叶—贝塞尔级数引入积分方程方法,给出了一种研究含角应力奇异直边简支扇形板结构振动特性的简捷、高效的积分方程方法。数值计算结果表明该方法不仅具有较高的精度和稳定性,而且还为分析更为复杂的扇形板结构的振动问题提供了可靠的前提。

橡胶类材料缺陷附近的应力奇异场分析

采用 Ｋｎｏｗｌｅｓ和 Ｓｔｅｒｎｂｅｒｇ的本构方程，应用分区法，对平面应变情况下橡胶类材 料典型缺陷一缺口附近的应力奇异场进行了大变形分析．推导得出了缺口附近大变形奇异 场的渐进方程，并对其进行了数值计算．给出了相应的曲线，揭示了橡胶类材料缺口附近 的应为奇异性与缺口角度的关系．

双周期不等长刚性线Ⅲ型应力奇异因子的精确解

研究了含双周期刚性线夹杂复合材料的反平面剪切问题,其基本胞元含有四条不等长刚性线。运用复变函数方法,获得该问题严格的闭合解,得到了复合材料体内应力场的分布表达式,并在此基础上给出了刚性线尖端III型应力奇异因子的精确公式。数值算例显示了刚性线分布特征对材料细观应力场的影响,特别是短刚性线对主刚性线尖端应力场的屏蔽与放大作用。由本文解答的特殊情形,可以直接导出近年来其他学者获得的结果和一系列有意义的新结果。

岩锚界面及其端部附近应力场奇异行为的弹性力学分析

预应力锚索的使用效果很大程度取决于锚杆和岩体的结合程度,而锚杆和岩体的结合界面不可避免地要受界面缺陷的影响。在锚索的设计和计算过程中,现有文献对岩锚界面的应力分布的描述有一定的误差。以锚索拔出为对象建立理论分析模型,对岩锚界面端部的断裂力学行为进行了研究。结果表明,剪应力和径向应力在界面的两个端部(内端部和外端部)都有较强的应力集中现象,应力集中可能直接引起端部的破坏,而平均应力法则忽略了这一现象。所得研究结果可以直接应用于工程施工和监测中,同时,对边坡预应力锚固设计也具有实际指导意义。

面向工程应用的应力集中与应力奇异现象的有限元研究

首先针对应力集中与应力奇异现象产生的原因进行了分析与总结;对应力集中与应力奇异在有限元求解过程中的变化规律进行了研究。此外,对不同网格类型及尺寸对有限元求解精度的影响进行了分析。随后,对应力奇异与应力集中的区别进行了讨论。最后,就所研究的问题总结了工程上的处理对策。

有限单元法分析中应力奇异问题的研究

数值模拟与物理模型相结合的方法已被广泛应用于研究物体受力、变形及破坏等方面。以实验仪器受力工作台为研究对象,利用大型通用有限元软件ANSYS建立工作台模型,详细介绍几何建模、网格划分等前处理过程,模拟不同受力情况下工作台模型在不同网格密度下的应力变化和变形情况,对工作台模型进行数值模拟分析,指出有限元分析中的应力奇异问题,并给出相应措施。