正交各向异性功能梯度材料反平面裂纹尖端应力场

采用积分变换 对偶积分方程方法 ,研究了正交各向异性功能梯度材料反平面裂纹问题 .文中假定材料沿两个主轴方向的剪切模量成比例按双参数梯度模型变化 ,通过求解对偶积分方程并考虑变形Bessel函数的渐近特性 ,推导出了裂纹尖端应力场 .最后考察了材料非均匀性及正交性对应力强度因子的影响 .

FGM受冲击载荷作用下裂纹尖端应力的数值分析

为了解决梯度参数和特征尺寸对裂纹尖端应力场的影响,根据非局部理论对含裂纹无限大板在反平面冲击载荷作用下的问题进行研究,假设材料的剪切模量和密度为指数形式模型,泊松比为常数,利用拉普拉斯和傅立叶变换将混合边界值问题简化为对偶积分方程。通过Jacobi多项式和Schmidt方法求解对偶积分方程,获得裂纹尖端应力场。结果表明:裂纹尖端应力无奇异性,裂纹尖端应力随着时间的增加先增大而后降低并随着梯度参数和特征尺寸的增加而降低。

关于各向异性纤维复合材料板裂纹尖端应力场的探讨

本文对各向异性纤维复合材料板的Ⅰ型、Ⅱ型和混合型裂纹尖端应力场进行了有关的力学分析。通过求解一类线性偏微分方程的边值问题推出了Ⅰ型、Ⅱ型和混合型裂纹尖端附近的应力场的计算公式。

正交异性材料I + II + III混合型裂纹尖端应力分析

大多数工程材料显示出脆性特征(例如,复合材料),而脆性材料中的裂纹已公认为是工程结构破坏的主要原因,裂纹尖端应力场必然是建立断裂判据的基础。因此,本文重点讨论I + II + III混合型加载下的裂纹尖端应力,采用线弹性力学方法解决正交异性材料典型应力边值问题。首先确定三维空间问题的弹性力学基本方程,基于复变函数理论求解控制方程。接着利用应力函数和坐标变换求解基本方程。最终获得了混合型加载下正交异性材料裂纹尖端附近的应力分量通解。

基于泛复函的各向异性板裂纹尖端应力场解法

本文介绍了泛复变函数的基本理论,利用特定的泛复变量建立求解各向异性材料弹性力学偏微分方程的广义复变函数方法。通过引入泛复变函数和极坐标代换方法解决了含裂纹各向异性板的应力边值问题。推导出I型裂纹端部应力场的实函数通解,有助于改进复合材料断裂力学的基本理论和研究方法。

不同泊松比复合材料的裂纹尖端应力场

具有平面负泊松比的碳纤维 /环氧树脂非平衡复合材料层板具有很高的断裂韧性和缺口断裂强度。本文用复变函数—变分方法计算了负泊松比材料的裂纹尖端应力场 ,并与常规的平衡复合材料进行了比较。本文重点研究了主应力方向与纤维夹角的关系。结果表明

非局部损伤对裂纹尖端应力分布的影响

将非局部理论和损伤理论结合起来用于分析塑性材料裂纹尖端的应力分布规律得到了裂纹尖端应力有限的结论，并说明此有限应力起源于非局部损伤，从宏微观相结合的角度对经典断裂力学中裂纹尖端应力无穷这一缺陷进行了修正。

基于裂纹尖端应力比值的含裂纹功能梯度材料圆筒应力强度因子计算方法

由于功能梯度材料(FGM)性质的特殊性,现有含裂纹FGM结构应力强度因子计算方法难以避免复杂的矩阵运算以及数值积分。该文针对含外表面环向裂纹FGM圆筒,利用FGM圆筒与均匀材料圆筒裂纹尖端应力之间的比例关系,将复杂的FGM圆筒应力强度因子求解问题转化为简单的应力值提取问题以及经验公式计算问题,仅由均匀材料圆筒应力强度因子经验公式、均匀材料圆筒和FGM圆筒裂纹尖端应力比值即可得到任意含裂纹FGM圆筒应力强度因子。该方法仅需建立2D轴对称模型即可满足计算要求,在保证精度的基础上成功回避了传统方法中的复杂矩阵运算以及数值积分,且适用于不同FGM、筒体尺寸、裂纹深度等情况下的应力强度因子计算。通过多组算例对比分析,证明该方法计算精度高、计算过程简便,便于工程应用。

基于裂纹尖端应力比值的FGM板应力强度因子简便预测方法

为了弥补含裂纹功能梯度材料(FGM)结构强度预测方法的不足,文章基于有限元分析方法,将复杂的FGM板应力强度因子求解问题转化为简单的FGM板和均匀材料板之间裂纹尖端应力比值计算问题,仅通过使用均匀材料板和FGM板裂纹尖端应力比值、均匀材料板应力强度因子经验公式即可得到任意FGM板应力强度因子值,从而提出了一种基于裂纹尖端应力比值的FGM板应力强度因子简便预测方法。该方法避免了复杂的矩阵运算以及数值积分,仅需建立二维有限元模型即可在保证精确度的基础上快速得到FGM板应力强度因子预测值。通过多组算例对比分析,证明该方法预测精度高,比传统计算方法更为简便,便于工程应用。

超载作用下裂纹尖端应力分布有限元分析

针对拉伸超载作用下疲劳裂纹尖端应力分布进行线弹性有限元仿真分析,采用航空用高强铝合金2024-T4为试验材料,对裂纹尖端附近局部奇异状态和拉伸超载后引起的裂纹尖端附近巨大的塑性变形和裂纹分叉状态进行仿真模拟,结果表明:通过对比裂纹尖端应力分布云图,超载扩大了裂纹尖端塑性区的范围,增加了残余应力对裂纹扩展的影响,含分叉裂纹对裂纹尖端最大应力有所削弱,对降低裂纹尖端应力强度因子有所贡献,会导致疲劳裂纹扩展速率降低,增加疲劳裂纹扩展寿命。

基于三维裂纹尖端应力场的应力强度因子计算方法

提出一种基于无限大体裂纹尖端弹性应力场理论解的前几项多项式函数,对实际裂纹体弹性应力场有限元解进行拟合来计算应力强度因子的方法.该方法在计算应力强度因子时不需要预先假设裂纹尖端的应力应变状态,应力强度因子计算结果更符合三维裂纹体裂纹尖端实际的应力应变状态.首先基于二维无限大板中心穿透裂纹应力场理论解验证了方法的有效性,探讨了拟合确定应力强度因子需要的多项式应力函数的项数.然后分别以二维大板中心穿透裂纹、三维大体内埋圆裂纹和三维有限厚板中心穿透裂纹的应力强度因子计算为例,通过与无限大板和无限大体应力强度因子理论解以及基于位移外推法和1/4节点张开位移法的应力强度因子有限元解的对比分析,验证了该方法的有效性和合理性.研究表明该方法能够合理反映三维裂纹体裂纹尖端的实际应力应变状态,计算得到的应力强度因子数值更合理.

多物理场作用下身管应力场及裂纹尖端强度因子分析

采用扩展有限元法分析了残余应力场和温度场对自紧身管最高膛压部位裂纹尖端应力场及强度因子的影响。结果表明含裂纹体的身管在残余应力场影响下,裂纹尖端的应力为压应力,应力强度因子呈负值,能够抑制裂纹扩展,增强身管寿命。但随着温度的增加,裂纹内表面两端的应力强度因子值正向越来越大。

功能梯度材料裂纹尖端动态应力场

研究受反平面剪切作用的功能梯度材料动态裂纹问题，通过积分变换－对偶积分方程方法推出了裂纹尖端动态应力场，时间域内的动态应力强度因子由Ｌａｐｌａｃｅ数值反演获得。研究结果表明功能梯度材料的梯度越大，相应的裂纹问题的动态应力强度因子值越低．

裂纹尖端压缩应力对闭合和扩展特性影响的数值模拟

为了研究FGH97粉末高温合金的塑性诱导裂纹闭合现象,采用有限元方法分析了FGH97紧凑拉伸试样的裂纹扩展和裂纹闭合效应,考察了裂纹尖端单元尺寸、本构模型和节点释放周期对闭合比的影响,提出了修正闭合比和修正有效应力强度因子范围的概念,同时进行了寿命预测并和试验结果进行对比。结果表明:随着裂纹尖端单元尺寸从40μm减小至3μm,闭合比逐渐增大至收敛。各向同性硬化模型的闭合比约为0.51,随动硬化模型的闭合比约为0.44,Chaboche模型的闭合比约为0.48,闭合比的大小可以用裂纹尖端压缩应力区域尺寸反映。随着节点释放间隔周期数的增加,压缩应力区域尺寸和闭合比逐渐降低。裂纹扩展试验结果表明:根据修正有效应力强度因子范围进行寿命预测,与试验结果偏差为3.86%。

用Westergaard应力函数求解Ⅰ-Ⅱ复合型平面裂纹问题的研讨

直接获得Ⅰ-Ⅱ复合型平面裂纹问题裂纹尖端区域的应力场是一个比较复杂的问题,在此应用Westergaard应力函数求解Ⅰ-Ⅱ复合型平面裂纹问题,导出了裂纹尖端区域应力分量的表达式。该方法推导过程简单,物理概念清晰,其结果与一般断裂力学教材和文献中的结果一致。同时,应用叠加原理将裂纹面上的作用力转化为裂纹外边界的受力,给出了解决裂纹面上有作用力的Ⅰ-Ⅱ复合型平面裂纹问题的解题方法。

孔洞对疲劳裂纹扩展路径的影响

为了研究孔洞位置和尺寸对疲劳裂纹扩展路径的影响,利用ABAQUS有限元仿真软件建立改进CT试样的裂纹扩展仿真模型,采用扩展有限元法研究了在低周疲劳加载条件下Q235钢圆孔与裂纹尖端的角度、距离以及圆孔半径对裂纹扩展路径的影响,并通过引入裂纹偏转系数来定量描述不同参数对裂纹扩展路径偏转程度的影响。结果表明:当圆孔与裂纹尖端的夹角为45°时,裂纹偏转系数取得最大值;裂纹偏转系数随着孔洞半径的增加逐渐增大,随着圆孔与裂纹尖端距离的增大逐渐减小。

基于启裂载荷的临界裂纹尖端张开角确定

对临界CTOA的确定方法进行了研究,提出了一种新的临界CTOA的估算方法。该方法仅需要确定裂纹启裂载荷及裂纹扩展量为1 mm时的外载荷,相较于ASTM E2472给出的4种测量方法,该方法简单易推广。应用4件M(T)试样与6件C(T)试样对该方法进行了验证,结果表明:文中方法适用于平面应力状态,且计算误差不超过4%。此外,新方法的精度与所选外载荷有关,外载荷对应的裂纹扩展量越大CTOA的计算误差越大。

反平面残余应力作用下压电体界面裂尖分析

研究了在反平面残余应力作用下,双相压电体界面裂纹的裂纹尖端撕开位移COD和裂纹尖端位错塞积群的数量问题.运用Riemann-Schwarz解析延拓技术与复势函数奇性主部分析方法,获得了该问题的一般解答.数据结果表明,压电效应对界面裂纹尖端撕开位移和裂纹尖端位错塞积群的数量的影响不大,可以忽略不计,两种材料属性的差异对界面裂纹尖端撕开位移和裂纹尖端位错塞积群的数量的影响比较明显.

20CrMnTi齿轮钢疲劳裂纹扩展试验与数值模拟研究

为了研究20CrMnTi齿轮钢的疲劳裂纹扩展问题,首先,将材料20CrMnTi制成紧凑拉伸试样,在疲劳拉伸试验机上进行载荷比R=0.3的疲劳裂纹扩展试验;然后,应用数值模拟软件Abaqus对疲劳裂纹扩展过程进行数值模拟。结果表明,数值模拟结果和试验结果具有相同的变化趋势,二者的差别在误差允许范围内;数值模拟方法能够很好地描述紧凑拉伸试样疲劳裂纹扩展过程。为20CrMnTi齿轮钢疲劳裂纹扩展过程及疲劳寿命的研究提供了一种有效的试验和模拟分析方法。