磁电弹性双材料圆孔边界面裂纹研究

针对磁电弹性双材料圆孔边直线界面裂纹的反平面问题,在电磁不渗透情况下利用保角变换和积分变换法求解裂纹尖端的场强度因子和能量释放率.结果表明,圆孔边裂纹的场强因子主要受到裂纹长度、荷载以及圆孔半径影响.此外,能量释放率除受这些影响外,还与材料参数有关.

双材料界面裂纹动态扩展的数值模拟

基于扩展有限元方法(XFEM),研究了双材料中界面裂纹和亚界面裂纹的动态扩展问题。建立了双材料板界面裂纹和亚界面裂纹的动态增长分析模型,该模型使用集中质量矩阵代替传统的一致质量矩阵以提高效率,并利用Newmark法进行时间积分。将该模型与在有限元软件中建立的二维弹性模型计算获得的动力响应和能量值进行比较。通过数值算例,研究了应变率和材料特性对圆形和直线双材料中界面和亚界面裂纹扩展的影响。

双材料界面裂纹应力强度因子的边界元分析

采用双材料基本解建立边界元法基本方程，计算双材料界面裂纹尖端附近的应力和位移场。不离散界面，并设置面力奇异四分之一点裂尖单元以提高计算精度。利用数值外插法得到应力强度因子以避开裂尖场的振荡奇异性。数值结果表明，本文的方法具有较高的精度和效率。

正交异性双材料界面裂纹尖端应力场

通过构造新的应力函数,利用复合材料断裂复变方法,对正交异性双材料界面裂纹进行了研究.在特征方程组的判别式都大于零的情形下,推出了Ⅰ型界面裂纹尖端的应力场、位移场的理论公式,其结果没有振荡奇异性及裂纹面没有相互嵌入现象。

正交异性双材料Ⅱ型界面裂纹问题研究

探讨正交异性双材料Ⅱ型界面裂纹问题,给出了它的力学模型.将控制方程化为广义重调和方程,借助复变函数方法推出了含两个应力奇异指数的应力函数.基于边界条件得到了两个八元非齐次线性方程组.求解该方程组,在双材料工程参数满足适当的条件下确定了两个实应力奇异指数.根据极限的唯一性定理推出了应力强度因子的公式和裂纹尖端应力场的理论解.作为特例,当两种正交异性材料相同时,可以推出正交异性单材料Ⅱ型断裂的已有结果.

长期贮存的固体发动机药柱脱粘界面裂纹分析

为了分析长期贮存的固体导弹发动机药柱脱粘层界面裂纹在燃气内压和轴向过载联合作用下的扩展情况,建立了发动机药柱在包覆层与推进剂之间脱粘的三维有限元计算模型,并于脱粘界面的裂纹尖端设置三维奇异裂纹元,模拟脱粘界面裂纹扩展。在包覆层与推进剂之间设置不同深度脱粘,计算了在燃气内压和轴向过载联合作用下不同贮存期、不同深度的界面裂纹尖端的应力强度因子,得到了界面裂纹应力强度因子随贮存时间、脱粘深度的变化规律,对长期贮存的固体发动机脱粘界面裂纹的扩展进行了分析。

基体界面屈服强度和残余应力失配对界面裂纹扩展的影响

对基体界面屈服强度和残余应力失配情况下的界面裂纹扩展机制进行了力学理论分析,并通过位错与裂纹的关系理论计算了界面裂纹尖端塑性区尺寸。结果表明:当界面裂纹由低强度区向高强度区扩展时,高强度区的残余压应力和屈服强度减少了裂纹尖端的塑性区长度和裂纹尖端张开位移,从而起到了抑制界面裂纹扩展的作用。

正交异性双材料的Ⅱ型界面裂纹尖端场

通过引入含16个待定实系数和两个实应力奇异指数的应力函数,再借助边界条件,得到了两个八元非齐次线性方程组.求解该方程组,在双材料工程参数满足适当条件下,确定了两个实应力奇异指数.根据极限唯一性定理,求出了全部系数,得到了应力函数的表示式.代入相应的力学公式,推出了当特征方程组两个判别式都小于0时,每种材料的裂纹尖端应力强度因子、应力场和位移场的理论解.裂纹尖端附近的应力和位移有混合型断裂特征,但没有振荡奇异性和裂纹面相互嵌入现象.作为特例,当两种正交异性材料相同时,可以推出正交异性单材料Ⅱ型断裂的应力奇异指数、应力强度因子公式、应力场、位移场表示式.

Ⅲ型界面裂纹Dugdale模型的动态扩展问题

通过复变函数论的方法,对材料的非线性特性下的Ⅲ型界面裂纹Dugdale模型的动态扩展问题进行了研究.采用自相似函数的方法可以获得解析解的一般表达式.应用该法还可以很容易将所讨论的问题转化为Riemann_Hilbert问题,并可以相当简单地得到问题的闭合解.利用这些解并采用叠加原理,就可以求得任意复杂问题的解.

纤维端部的界面裂纹分析

基于弹性力学空间轴对称问题的通解，研究了短纤维增强复合材料中纤维端部的轴对称币形和柱形界面裂纹尖端的应力奇异性，得到了裂纹尖端附近的奇异应力场．研究结果表明，这两种轴对称界面裂纹尖端的应力奇异性相同，并且与平面应变状态下相应模型的应力奇异性一致。

双材料界面裂纹应力强度因子的无网格分析

应用改进的无网格方法对双材料界面裂纹进行了分析,积分区域采用基于节点的Voronoi图,通过在裂纹尖端加密节点提高位移场的计算精度,采用位移外插法确定出应力强度因子,避免了应力场的奇异性和振荡性。本文对由环氧树脂和铝 环氧树脂组成的双材料进行分析,对比了均匀离散、均匀细化和局部细化三种不同模型,通过与光弹性实验结果比较可知,采用裂纹尖端局部细化的模型计算量低并且计算效果好,其计算结果与实验结果基本吻合。

正交异性双材料半无限界面裂纹尖端场分析

通过构造含两个实奇异指数的应力函数,利用复合材料断裂复变方法对正交异性双材料界面裂纹进行了研究。在特征方程组的判别式都小于零的情况下,通过求解一类广义重调和方程组边值问题,在双材料工程参数满足适当的条件下,推出了正交异性双材料半无限界面裂纹尖端的应力场和位移场。研究表明:其结果没有振荡奇异性;当上下半平面材料参数相同时,可获得正交异性单材料的应力场。并通过有限元算例进行比较,验证了理论结果的正确性。

两种材料的性质对双材料界面裂纹能量释放率及应力强度因子的影响

在实际工程中,结构往往是由多种材料构成,而裂纹经常在两种材料的界面上扩展。针对双材料界面裂纹,建立相应的计算模型。用能量释放率来描述裂纹的扩展情况,并根据界面裂纹能量释放率解析计算方法对不同的材料性质、外荷载、构件厚度,以及裂纹两侧不同的材料宽度对裂纹扩展时的能量释放率和应力强度因子进行仿真分析,得到了能量释放率和两种材料的弹性模量、外荷载及构件厚度之间的关系变化的曲线,以及裂纹两侧不同的材料宽度和应力强度因子之间的关系。并对界面裂纹和单一材料裂纹的情况进行分析、比较。

黏弹性体界面裂纹的冲击响应

研究两半无限大黏弹性体界面Ｇｒｉｆｆｉｔｈ裂纹在反平面剪切突加载荷下，裂纹尖端动应力强度因子的时间响应．首先，运用积分变换方法将黏弹性混合边值问题化成变换域上的对偶积分方程．通过引人裂纹位错密度函数进一步化成 Ｃａｕｃｈｙ型奇异积分方程．运用分片连续函数法数值求解奇异积分方程，得到变换域内的动应力强度因子．再用Ｌａｐｌａｃｅ积分变换数值反演方法，将变换域的解反演到时间域内，最终求得动应力强度因子的时间响应，并对动弹性参数的影响进行了分析．

无限长条板中弹性与粘弹性界面裂纹尖端场

研究无限长条板中粘弹性-弹性界面Griffith裂纹在Ⅰ型突加载荷作用下,裂纹尖端动态应力强度因子的时间响应。利用积分变换方法、Fourier和Laplace变换,分别推导出了弹性和粘弹性问题的控制方程组;引入位错密度函数,并结合边界条件,导出了反映裂纹尖端奇异性的Cauchy型奇异积分方程组,运用Cheby-shev正交多项式化奇异积分方程组为代数方程组,用配点法进行求解;最后用Laplace积分变换数值反演方法,将拉氏域内的解反演到时间域内,求得动态应力强度因子的时间响应,并对材料参数的影响进行了分析。结果表明,剪切松弛参量对Ⅰ型动应力强度因子的影响小于对Ⅱ型的影响,而膨胀松弛参量对Ⅰ型动应力强度因子的影响大于对Ⅱ型的影响。

1Cr18Ni9Ti/20G双金属爆炸焊接界面裂纹的扩展行为

利用奥氏体不锈钢/低碳锅炉钢(1Cr18Ni9Ti/20G)爆炸焊接复合板．通过电子束焊接得到带有界面裂纹的三点弯曲J积分裂纹扩展阻力试样和四点弯曲疲劳试样,分别进行了带界面裂纹双材料和相应单一材料试样的裂纹扩展阻力曲线及其疲劳扩展行为的实验研究,结果表明:双材料界面裂纹的静态和动态扩展阻力均低于裂纹在相应单一材料中的扩展阻力。

压电螺位错与含界面裂纹圆形涂层夹杂的干涉

研究位于基体或夹杂中任意点的压电螺型位错与含界面裂纹圆形涂层夹杂的电弹耦合干涉问题．运用复变函数方法,获得了基体,涂层和夹杂中复势函数的一般解答．典型例子给出了界面含有一条裂纹时,复势函数的精确级数形式解．基于已获得的复势函数和广义Peach-Koehler公式,计算了作用在位错上的像力．讨论了裂纹几何条件,涂层厚度和材料特性对位错平衡位置的影响规律．结果表明,界面裂纹对涂层夹杂附近的位错运动有很大的影响效应,含界面裂纹涂层夹杂对位错的捕获能力强于完整粘结情况;并发现界面裂纹长度和涂层材料常数达到某一个临界值时可以改变像力的方向．解答的特殊情形包含了以往文献的几个结果．

Ⅲ型界面裂纹的非对称动态扩展问题

采用复变函数论的方法,对Ⅲ型界面裂纹的非对称动态扩展问题进行了研究.通过自相似函数的方法可以获得解析解的一般表达式.应用该法可以迅速地将所论问题转化为Riemann-Hilbert问题,并求得了非对称扩展裂纹分别在集中载荷、阶跃载荷作用下的解析解.利用这些解并采用叠加原理,就可以求得任意复杂问题的解.

半空间内孔边界面裂纹对SH波的动力响应

采用"镜像"和"剖分-契合"等方法,对SH波作用下半空间孔边界面裂纹的动应力问题进行了研究。首先,采用"镜像法",将半空间镜像为全空间,构造出满足边界条件的散射波场;其次,借助"剖分-契合"方法和"裂纹切割"技术,将全空间沿界面分割成两个半空间求解后,再由界面应力位移连续"契合"条件组合成全空间,建立起求解该问题的积分方程组;最后,对界面裂纹端点的动应力强度因子(DSIF)进行数值分析。分析结果表明:适当地避开入射波波数、入射角度及裂纹长度等最不利影响因素的组合,可达到降低裂纹尖端点动应力的目的。

含界面裂纹复合材料的断裂分析

弹性复合材料界面裂纹尖端场是具有振荡奇异性的偶合场，复应力强度因子是这类场的重要指标．本文利用Ｊ积分和相互作用积分求解复强度因子的方法，给出了有限元法数值结果的算例。