界面裂纹无摩擦接触裂尖应力场

基于哈密顿原理,通过分离变量及共轭辛本征函数展开法,解析地求解界面裂纹无摩擦接触裂尖的扇形域方程。从另一条途径研究了界面裂尖应力场的特征。

Ⅰ型裂纹受突加荷载时裂尖应力场的非局部理论解

本文应用非局部场理论分析了工型裂纹在突加荷载作用时裂尖应力场的问题，利用Ｅｒｉｎｇｅｎ提出的简化场方程导出了该问题的对偶积分方程．并通过数值计算方法得到该问题的数值解，结果表明在裂纹尖端应力场是非奇异的。

半圆形初始裂纹在交变拉伸载荷下的裂尖应力场数值模拟

[目的]为研究板结构中初始裂纹深度沿板厚方向分布不均匀的问题,[方法]基于三维虚拟裂纹闭合技术(VCCT),以半圆形初始裂纹为例,对其在交变拉伸载荷作用下的裂尖应力场进行数值模拟。[结果]结果表明:对于裂纹水平面的应力场,在发生塑性变形的区域,计算点的von Mises等效应力随着距裂尖距离的增大而减小,两者之间呈线性或双线性关系;在未发生塑性变形的区域,该应力值基本上是裂尖距离的三次函数。对于裂纹横断面,裂纹总是沿裂纹边缘形状的法向方向扩展,且应力峰值出现在裂纹边缘,裂纹内部应力值随着距裂纹中心的距离呈现高度的非线性分布,而外部应力值则随着距裂纹中心距离的增大而减小。当该距离超过裂纹半径的1.67倍时,应力集中消失;当拉伸载荷为2/3和1/3倍材料屈服应力时,裂纹边缘的应力峰值总是分别等于载荷的1.45倍和2倍。[结论]研究结果可为考虑初始裂纹的板结构的疲劳强度计算提供参考。

聚碳酸酯裂尖应力银纹萌生机制研究

以聚碳酸酯(PC)为主要研究对象,通过试验手段以及图像处理的分析方法,对这类非晶态高聚物的裂尖应力场进行了观察和分析,并建立了PC材质的银纹损伤区分析模型。研究结果表明:PC等非晶态高聚物在拉伸变形过程中需同时考虑材料的黏弹性和屈服性等作用;相对最大应力出现在裂尖区根部x轴方向,角度为0°;在实际应用中,PC材料在裂尖银纹区的黏弹性会使银纹进一步扩展,应力分布随时间变化而异,从而使银纹进一步生长直至断裂。

裂纹尖端塑性区修正公式的改进

讨论了在小范围屈服条件下裂纹尖端塑性区的修正，指出了Ｉｒｗｉｎ经典模型的不足并对其进行了改进，给出了考 虑材料强化效应并采用裂纹尖端应力场精确解后的裂尖塑性区大小计算公式。通过改进后的结果与Ｉｒｗｉｎ经典模型结 果的比较，表明本工作使Ｉｒｗｉｎ模型更为合理和准确。

低温热力耦合下岩体椭圆孔(裂)隙中冻胀力与冻胀开裂特征研究

寒区岩体工程含水孔（裂）隙中低温水冰相变会产生冻胀力与温度应力,岩体冻融损伤与断裂是由温度应力和孔（裂）隙中的冻胀力共同作用的结果。考虑温度应力对椭圆孔（裂）隙形变的影响,推导了椭圆孔（裂）隙中的冻胀力解析方程;基于最大拉应力准则,得到了低温热力耦合下椭圆孔（裂）隙周围最大拉应力与冻胀开裂角,建立了椭圆孔可简化为椭圆裂隙进行冻胀计算的临界条件;最后采用改进的等效热膨胀系数方法对隧道单裂隙围岩冻胀力与裂隙尖端应力场进行了数值分析。研究结果表明：（1）椭圆孔中的最大冻胀力与岩石的热膨胀性、裂隙倾角和裂隙长短轴比χ等因素有关;（2）长短轴比χ≥10的扁平椭圆孔可简化为裂隙进行计算分析,此时冻胀基本发生在裂隙尖端且尖端拉应力集中明显;（3）改进的等效热膨胀系数方法可以很好的模拟裂隙中的冻胀力与裂尖应力场。

沥青混合料低温裂纹扩展演化行为分析

以悬浮密实、骨架密实和骨架空隙这3种典型骨架结构沥青混合料为试验对象,通过间接拉伸试验(IDT),从宏观角度分析了骨架结构对沥青混合料低温裂纹扩展演化行为的影响;采用颗粒随机生长算法建立了沥青混合料离散元模型,结合数值分析,从裂纹类型、数量、裂纹能量释放率及裂尖应力场等细观尺度,对3种典型骨架结构沥青混合料低温裂纹扩展演化特征进行了分析.结果表明:在骨架空隙、骨架密实及悬浮密实骨架结构下,沥青混合料内部耗能速率提高,储能速率下降,裂纹能量总释放率增大,从能量角度证实悬浮密实型沥青混合料发生破坏时需要更多的能量;悬浮密实型沥青混合料内部更不易出现应力集中,有利于抑制剪应力场的出现,从而减少Ⅱ型裂纹数量.

车轮多边形激励下的滚动接触疲劳裂纹瞬态扩展行为研究

利用ANSYS/LS-DYNA建立带车轮多边形的三维轮轨滚动接触疲劳裂纹扩展模型,将真实轮轨间瞬态滚滑和高频动力作用考虑在内,分析车轮多边形和连续钢轨裂纹造成的瞬态接触载荷对钢轨裂纹动态扩展行为的影响。速度250 km/h牵引工况的结果表明:零间隙多裂纹对法向轮轨力的影响甚微,但会造成切向轮轨力不可忽略的波动;车轮多边形会造成法向和切向轮轨力显著的周期性波动,如0.1 mm波深23阶多边形会使得各裂纹面最大法向和切向接触力较圆顺工况分别增长19.6%、34.1%;任一裂纹面内法向和切向接触应力在接触斑滚过的0.22 ms内发生了复杂的瞬态变化,进一步导致各裂纹的最大裂尖应力场强度因子的周期性波动,影响裂纹动态扩展行为;随着车轮多边形波深和阶数的增加,上述各种波动的幅度均会变大,加速裂纹扩展。

考虑磁通流动效应的超导薄膜基底结构界面断裂行为研究

超导薄膜是一种采用化学涂层制备而成的多层薄膜结构,作为性能优越的导电功能结构材料,其载流能力与结构完整性直接相关.在超导薄膜制备过程中,超导层与金属基底之间的界面裂纹很难避免.因此,在载流运行过程中,由于外磁场的存在,这类界面裂纹的强度问题成为关键.为此,该文针对超导薄膜结构,以磁通量子穿透薄膜理论和线弹性断裂理论为基础,建立了研究超导层与基底界面裂纹强度问题的解析模型.深入分析了外加磁场作用下界面裂纹强度问题,得到了超导磁通流动对裂纹尖端应力场和能量释放率的影响.结果表明:磁通流动速度越大,界面裂纹尖端处应力越大且能量释放率越大,这将导致界面更容易发生裂纹破坏.该文所得结果有助于分析相关的界面裂纹问题.