双材料界面裂纹的改进广义有限差分法

采用数值方法进行断裂力学分析时,裂纹尖端奇异区域处理的好坏直接关系到最终断裂力学参数的求解精度。与传统均匀介质不同,复合材料界面裂纹渐近位移和应力场表现出剧烈的振荡特性,许多用于表征经典的平方根和负平方根物理场渐近性的传统方法也因此失效。论文提出了一种改进的广义有限差分法,该方法基于多元函数泰勒级数展开和移动最小二乘法的思想,将节点变量的各阶导数由相邻点集函数的加权线性累加来近似,具有无网格、无数值积分、数据准备简单、稀疏矩阵快速求解等优点。为提高该方法求解断裂力学问题的计算精度和数值稳定性,论文引入了裂尖奇异区域局部点簇的自动创建技术和一种基于局部点簇几何尺寸的矩阵正则化算法。数值算例表明,所提算法稳定,效率高,在不增加计算量的前提下,显著提高了裂尖近场力学参量和断裂力学参数的求解精度和数值稳定性。     

界面端附近裂纹的应力强度因子

结合材料的断裂形式可分为从界面端产生裂纹（沿界面或向母材内部层折）然后断裂与稍稍离开界面端处产生裂纹然后断裂这两种情况，在金属／陶瓷类结合材料中，后者出现的概率更大，本文利用结合材料界面端的奇异应力场和叠加原理，给出了界面端附近裂纹的应力强度因子近似计算公式，并用边界元数值计算验证了其有效性。     

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用力和位移场。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。数值结果表明,本文的方法具有较高的精度和效率。     

各向异性双材料界面裂纹扩展裂尖场

应用界面断裂力学理论和Stroh方法,研究了广义平面变形下动态裂纹沿着各向异性双材料界面扩展时的裂尖奇异应力及动态应力强度因子.双材料界面的动态裂尖区域特性主要由两个实矩阵W和D确定,且裂尖奇异应力和动态应力强度因子可以由包含这两个矩阵的柯西奇异积分方程确定,同时给出了动态应力强度因子和能量释放率的显示表达式.算例得出当裂纹以小速度扩展时,裂尖振荡因子ε与静态时几乎相同,当界面裂纹扩展速度接近瑞利波速时,ε趋于无穷大;同时得出应力强度因子及能量释放率随裂纹扩展速度的变化关系.     

两种各向异性材料界面共线裂纹的反平面问题

本文研究两种各向异性材料界面共线裂纹的反平面剪切问题。利用复变函数方法，提出了一般问题公式和某些实际重要问题的封闭形式解。考察了裂纹尖端附近的应力分布并给出了应力强度因子公式。从本文解签的特殊情形，可以直接导出两种各向同性材料界面裂纹，均匀各向异性材料共线裂纹以及均匀各向同性材料共线裂纹的相应问题公式，其中包括已有的经典结果。     

夹杂对两相材料界面裂纹的影响

根据界面上应力和位移的连续条件,得到了单向拉伸状态下,含有椭圆夹杂的无限大双材料组合板的复势解。进一步通过求解Hilbert问题,得到了含有夹杂和半无限界面裂纹的无限大板的应力场,并由此给出了裂尖的应力强度因子K。计算了夹杂的形状、夹杂的位置、夹杂的材料选取以及上、下半平面材料与夹杂材料的不同组合对裂尖应力强度的影响。计算结果表明夹杂到裂尖的距离和夹杂材料的性质对K影响较大,对于不同材料组合,该影响有较大差异。夹杂距裂尖较近时,会对K产生明显屏蔽作用,随着夹杂远离裂尖,对K的影响也逐渐减小。另外,软夹杂对K有屏蔽作用,硬夹杂对K有反屏蔽作用,而夹杂形状对K几乎没有影响。     

用子域边界元法研究各向异性材料中的界面裂纹

用子域边界元法研究各向异性材料中的界面裂纹，在边界元公式中，采用了带特征根的基本解，以增量形式的边界积分方程为基础，通过二次等参元及国分之一面力奇异远离散化处理，可以得到各子域的代数方程组，依据凝集技术，可得到仅含有子域公共边界及裂纹边界未知量的求解方程组，通过迭代法，可以寻求到每种载荷作用下的裂纹所处的真实状态，然后，由文献「２」中的方法求解界面裂纹的应力强度因子。结果表明，子域边界方法是正确的     

两种各向异性材料界面周期裂纹的反平面问题

研究两种各向异性材料界面含周期裂纹的反平面剪切问题，运用复变函数方法，获得了封闭形式解答，并给出了应力强度因子公式。从本文解签的特殊情形，可直接导出均匀各向异性材料共线裂纹，两种各向同性材料界面裂纹的相应问题公式。     

线性硬化材料的界面裂纹裂尖弹塑性应力场

由全量理论的弹塑性本构方程出发，提出了一种求线性硬化材料裂纹问题的应力函数解法，并求得了线性硬化材料界面裂纹裂尖附近的弹塑性应力场，通过对扩张的Ｄｕｎｄｕｒｓ异材参数β的讨论分析了应力场的振荡奇异性。     

界面裂纹问题中的权函数方法

本文将Ｐａｒｉｓ等确定均匀材料中裂纹尖端应力强度因子的权函数方法推广应用到界面裂纹问题，给出了界面裂纹尖端附近或无限大体半无限界面裂纹问题的权函数的显式表达式。利用此权函数表达式可以很简便地求解界面裂纹尖端附近一些外来作用引起的应力强度因子，比如任意分布力、相变应变、位错和热等。作为一个算例，本文计算了界面一侧一个刃型位错引起的应力强度因子。     

粘弹性界面裂纹奇异场

对于许多粘弹性问题,通常可以利用对应性原理,即由弹性问题的结果得到对应的粘弹性问题在拉普拉斯变换域内的解,再通过反演变换求得最终时域中的解.但是,由于界面裂纹场存在着振荡奇异性,弹性问题解的形式就已经非常复杂,对应的粘弹性问题要通过反演变换直接求得准确的解析解几乎是不可能的.本文在利用对应性原理时做了更简单的准静态处理,即将弹性结果中的材料参数用粘弹性材料参数做对应替代,得到了粘弹性界面裂纹场近似的经典解,并与有限元分析结果作了比较.同时,利用Comninou接触模型,对粘弹性界面裂纹在远场拉剪混合加载情况下的裂尖应力场和接触区做了考察,并与经典解作了比较.     

使用焦散线法与光弹法测定三维裂纹混合型应力强度因子

本文介绍了将焦散线法与应力冻结，“解冻”技术相结合，使焦散线法用于测量三维体内部裂纹前缘应力强度因子的实验方法，并针对复杂应力状态下三维裂纹前缘的不同应变奇异场，合理地综合运用焦散线法与三维光弹法，实际测量与分离了三维裂纹前缘混合型应力强度因子。     

The Analysis of Dynamic Stress Intensity Factor for Semi-Circular Surface Crack Using Time-Domain BEM Formulation

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｔｒａｎｓｉｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒ 3＿Ｄｅｌａｓｔｏｄｙｎａｍｉｃｃｒａｃｋｐｒｏｂｌｅｍｓｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｏｎｔｅｎｔｉｎｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｃｓ.Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓｏｆｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓ,ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆＤＳＩＦｆｏｒ 3＿Ｄｃｒａｃｋｉｓａｐｒｏｂｌｅｍｕｎｓｏｌｖｅｄｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｕｐｔｏｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔ.Ｃｈｅｎ[1]ｆｉｒｓｔｌｙｕｓｅｄｔｈｅｆｉｎｉｔｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ…     

孔洞对平面裂纹应力强度因子影响分析的广义参数Williams单元

本文采用圆形奇异区广义参数Williams单元（W单元）建立了中心裂纹与圆孔共存的平面应力模型,奇异区外围利用ABAQUS有限元软件自动网格离散技术与FORTRAN95编程前处理相结合,克服了自主编程中网格离散的局限性．算例分析了圆孔位置和几何参数对I-II混合型裂纹尖端应力强度因子(SIFs)的影响,并与扩展有限元法(XFEM)计算结果进行比较．结果表明：靠近圆孔一侧的裂尖SIFs大于远离圆孔一侧的裂尖SIFs;控制圆孔左边缘到裂纹中心的距离,则两侧裂尖SIFs随圆孔半径的增大而增大;圆孔中心与裂纹中心水平距离越远,圆孔对裂纹扩展的影响越小．同时,基于圆形奇异区的W单元直接计算得到的裂尖SIFs与扩展有限元法得到的解吻合较好,证明了W单元对奇异区离散形状不敏感,且具有高效率和高精度．     

Initial Development of the Prefracture Zone Near the Tip of a Crack Reaching the Interface Between Dissimilar Media

The Wiener–Hopf method is used to analyze, within the framework of a plane static problem, the prefracture zone near the tip of a mode I crack reaching the interface separating two isotropic media and containing a corner point     

垂直于界面V型缺口尖端的应力奇异性及其应用

基于双材料垂直于界面V型缺口理论,给出了单一材料和双材料裂纹问题、V型缺口问题应力强度因子的统一定义,得到了应力外推法计算双材料K_I的公式,数值算例验证了本文方法的有效性.以双材料单向拉伸和三点弯曲模型为对象,深入研究了双材料中弹性模量、泊松比、缺口深度、缺口张角对缺口尖端奇异应力场的影响,获得了一定范围内各种参数变化对缺口尖端奇异应力场的影响规律,为异体材料形成的V型缺口在应力断料中的应用提供了必要的参考依据.     

有限厚度板穿透裂纹前缘附近三维弹性应力场分析

通过三维有限元计算来研究有限宽度、有限厚度含有穿透裂纹板的裂纹前缘应力场，从中找出应力强度因子与板的厚度、裂纹长度之间的关系，同时还分析了裂尖的三维约束程度和三维约束区的大小。分析结果表明：应力强度因子沿厚度的分布是不均匀的，应力强度因子的最大值及其位置与厚度有关；有限厚度板中面应力强度因子(KI)m-p及最大应力强度因子(KI)max均大于平面应力或平面应变的应力强度因子。对有限厚度裂纹问题，按平面应力或平面应变来考虑是不安全的；板中面的应力强度因子(KI)m-p及最大应力强度因子(KI)max是厚度B／a的函数；板的中面离面约束系数Tx最大，自由面(z=B)Tx=0。沿厚度方向裂尖附近的离面约束系数Tx也是z／B和B／a的函数，随着厚度的增加离面约束系数Tx增大，离中面越近离面约束系数Tx越大。Tx随着x的增大急剧减小，三维约束影响区域大小大约为板厚的一半，且裂纹长度a／W对应力强度因子沿厚度变化规律及Tx影响区域大小影响较小。     

一种计算三维裂纹应力强度因子的新方法

构造了一种新的三维奇异单元,提出了一种有效计算三维裂纹应力强度因子新的数值方法。该方法的计算结果与理论解和Newman解结果一致;与Panson等方法相比所使用的自由度数大大减小。结果表明该方法是一种高效、稳定可靠的计算方法。     

单元类型和尺寸对裂尖疲劳塑性数值模拟的影响研究

本文采用Jiang-Sehitoglu循环塑性模型和多轴疲劳准则对紧凑拉伸式样裂尖的循环塑性变形、裂纹扩展速率和残余应力进行了有限元数值模拟,着重考察了单元的类型和最小单元尺寸对裂尖循环塑性和裂纹扩展速率的影响.紧凑拉伸试样的材料为1070钢,数值模拟采用了线性单元(四节点)和二次单元(八节点)两种单元,裂尖附近有限元单元的最小尺寸从0.007mm到0.24mm不等.文中将裂纹扩展速率的预测值与实验值进行了比较,通过对裂纹扩展速率的比较,确定在疲劳塑性分析时对单元类型和尺寸进行合理选取.