磁电热弹耦合材料三维多裂纹超奇异积分法

用超奇异积分方程法将多场耦合载荷作用下磁电热弹耦合材料内含任意形状和位置三维多裂纹问题转化为求解一以广义位移间断为未知函数的超奇异积分方程组问题,退化得到内含任意形状平行三维多裂纹问题的超奇异积分方程组;推导出平行三维多裂纹问题的裂纹前沿广义奇异应力场解析表达式、定义了广义(应力、应变能)强度因子和广义能量释放率;应用有限部积分概念及体积力法,为超奇异积分方程组建立了数值求解方法,编制了FORTRAN程序,以平行双裂纹为例,通过典型算例,研究了广义(应力、应变能)强度因子随裂纹位置、裂纹形状及材料参数变化规律,得到裂纹断裂评定准则.最后,分析了裂纹间干扰、屏蔽作用及其在工程实际中的应用.

基于晶体微观有限元方法的多相复合涂层高温摩擦应力场模拟

对高温摩擦磨损工况下多相复合涂层的热-力耦合应力场的模拟研究尚不充分。基于Voronoi多边形建立NiCr-Cr_(3)C_(2)-CaF_(2)/BaF_(2)多相复合涂层的晶体微观有限元模型,模拟复合涂层中各相的占比、分布形态和热-力学参数,求解得到热-力耦合工况下的von Mises应力和第一主应力分布。结果表明:在高温摩擦工况下,多相复合涂层的应力显著高于均匀涂层,尤其是在硬质相尖端附近易产生局部高应力区域,改善相的形态将锐角钝化能够有效缓解局部高应力现象;热-力耦合应力场与黏结相和硬质相的弹性模量密切相关,通过调节各相模量能够有效调控复合涂层的Mises应力和拉应力值。基于微观有限元方法的热-力耦合应力场模拟可为高温摩擦磨损工况下多相复合涂层的优化设计提供理论依据。

磁电热弹耦合材料弹塑性断裂问题

在线弹性裂纹研究基础上,将热弹塑性对控制方程和边界条件的非线性影响作为伪载荷处理,使得弹塑项以伪体积力和伪面力形式出现,进而将磁电热弹耦合材料三维裂纹弹塑性问题转化为解时域超奇异积分方程问题。针对矩形裂纹,基于裂纹前沿奇性应力分析结果,通过将广义位移间断未知函数表达为基本密度函数与多项式之积,为超奇异积分方程组建立了数值方法。对典型例子进行数值计算,得到裂纹前沿广义应力的变化规律,表明将热弹塑性对控制方程和边界条件的非线性影响作为伪载荷处理是正确的。