各向异性平面含斜裂纹的奇异积分方程方法

本文应用平面弹性复变方法，将无限各向异性平面中的任意斜裂纹问题归结为求解一组解析函数边值问题，通过构造适当的积分变换将边值问题转化为奇异积分方程，进而应用Lobotto-Chebyshev数值求积公式，求出该奇异积分方程的数值解，并得到了应力强度因子的近似表达式，最后，给出了一些实例的数值结果，对特例的数值结果与精确结果进行比较，吻合的很好。     

功能梯度压电压磁材料粘结的Ⅲ型裂纹问题

利用奇异积分方程方法研究两个半无限大的功能梯度压电压磁材料粘结,在渗透和非 渗透边界条件下的III型裂纹问题. 首先通过积分变换构造出原问题的形式解，然 后利用边界条件通过积分变换与留数定理得到一组奇异积分方程， 最后利用Gauss-Chebyshev方法进行数值 求解，讨论材料参数、材料非均匀参数以及裂纹几何形状等对裂纹尖端应力 强度因子的影响. 从结果中可以看出，压电压磁复合材料中反平面问题的应力奇异性 形式与一般弹性材料中的反平面问题应力奇异形式相同，但材料梯度参数对功能梯度压电压 磁复合材料中的应力强度因子和电位移强度因子有很大的影响.     

刚性圆形压头作用下热电材料半平面的无摩擦接触问题

热电材料可以将热能转化为电能,反之亦然,这一优良的性质将有助于研发更具成本效益的设备和器件。本文研究了刚性圆形压头作用在热电材料半平面的无摩擦接触问题。假定压头为电导体、热导体,且压头压入深度及与材料的接触区域宽度未知。首先求解电场和温度场,利用傅里叶变换得到了电势函数、温度、电流密度和能量通量的解析表达式。然后求解弹性场,利用积分变换和边界条件,将该热弹性接触问题转化为第一类奇异积分方程并数值求解。数值结果讨论了压头半径和热电载荷对法向接触应力、电流强度因子和能量通量强度因子的影响。结果表明,对于圆压头,热电材料的法向电流密度、法向能量通量在接触边缘表现出奇异性,而表面法向接触应力在接触边缘为零。本文建立的研究模型有助于更深层次的了解热电材料的接触行为。     

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出载荷下,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黑社会问题化成变换域上的对偶积分方程,通过引入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,并对黏弹性参数的影响进行分析。     

功能梯度层与弹性层间的单退让接触问题

基于所有接触面间光滑的假设,研究了同时受压的功能梯度层与弹性层间的单退让平面接触问题.假设功能梯度层是各向同性的非均匀材料,其剪切模量按照指数函数形式变化.利用Fourier积分变换把问题转化为求解奇异积分方程.然后利用Gauss-Chebyshev求积公式和迭代法得到下层接触应力和退让接触半径的数值解.最后在数值算例中,分别讨论了两层间的厚度比值,功能梯度层的硬度参数,以及上层接触半径对退让接触半径与下层接触应力的影响.     

弹性层间的单退让接触问题

本文基于所有接触面间光滑的假设,研究同时受压的两弹性层间的单退让平面接触问题. 利用Fourier变换把平面弹性方程转化为奇异积分方程. 然后利用Gauss-Chebyshev求积公式和迭代法求其数值解.最后给出了数值算例,分析了剪切模量与上层接触半径对退让半径和接触应力的影响.     

刚性平压头作用下双重孔隙介质半平面接触问题

针对刚性平压头与双重孔隙介质半平面接触时的静力响应展开研究。基于Biot型双重孔隙介质弹性理论及接触边界条件建立基本求解方程;考虑Fourier积分变换域内特征值的特性,再通过求解柯西积分方程,得到了问题频域内的解析解,包括应力场、位移场。利用Fourier逆变换进行数值求解,分析了基质孔隙与裂隙孔隙之间交互作用对接触表面附近力学响应的影响规律。结果表明:随着两种孔隙率的增大,竖向位移和孔隙压力随之增大,而竖向正应力则减小,且基质孔隙率的影响较为显著。     

三维基体裂纹与界面垂直接触的线奇异分析

使用三维断裂力学的超奇异积分方程方法,对两相材料中出现的三维基体裂纹与材料分界面垂直接触的应力线奇异问题作了理论分析,求得了线奇异界面应力的表达式     

折线型裂纹对SH波的动力响应

利用Fourier积分变换方法,得出了无限平面中用裂纹位错密度函数表示的单裂纹散射场．根据无穷积分的性质,把单裂纹的散射场分解为奇异部分和有界部分．利用单裂纹的散射场建立了折线裂纹在SH波作用下的Cauchy型奇异积分方程．根据折线裂纹散射场和所得的积分方程讨论了裂纹在折点处的奇性应力及折点处的奇性应力指数．利用所得的奇性应力定义了折点处的应力强度因子．对所得Cauchy型奇积分方程的数值求解,可得裂纹端点和折点处的动应力强度因子。     

导数场边界积分方程分析近边界应力分布

研究二维弹性力学问题边界积分方程,通过分部积分变换消除了常规导数边界积分方程中的超奇异积分,获得仅含强奇异积分的应力自然边界积分方程.对于近边界应力的计算,进一步运用正则化算法解析计算其中的几乎强奇异积分.较常规边界元法相比,应力自然边界积分方程可以求解离边界更加接近的内点应力值.算例证明了文中方法的可应用性和有效性.     

功能梯度材料涂层半空间的轴对称光滑接触问题

求解了功能梯度材料涂层半空间的轴对称光滑接触问题,其中梯度层剪切模量按照线性变化,利用Hankel积分变换方法求解微分方程,将问题化为具有Cauchy型奇异核的积分方程.数值方法求解表明:功能梯度材料涂层半空间在刚性柱形压头和球形压头作用下,接触表面分布应力,接触半径以及最大压痕受材料梯度效应的影响较大.     

黏弹性接触界面端附近的奇异应力场

研究蠕变加载条件下线黏弹性材料接触界面端附近的奇异应力场问题.考虑接触界面的摩擦,假设界面端的滑移方向不改变,相对滑移量微小,且其与位移同量级,由此线性化局部边界条件,根据对应原理得到Laplace变换域中的界面端应力场,导出时域中奇异应力场的卷积积分表达式.对卷积积分核函数进行数值反演,考虑接触材料的两类组合,一是持久模量具有量级上的差异,另一是持久模量接近相同.算例结果证实核函数可以用准弹性法求得的解析式较准确地近似.在此基础上,利用积分中值定理,并引入各应力分量的修正系数,得到黏弹性奇异应力场的简化式.结合核函数的数值反演结果分析修正系数表达式的取值范围,得到如下结论,若两相接触材料的持久模量相差很大,可以采用准弹性解的解析式较准确地描述界面端的奇异应力场;一般情况下,应力场不存在统一的奇异值和应力强度系数,当采用类似于准弹性解的表达式近似给出黏弹性应力场时,可以估计此近似描述的误差限.文中最后采用有限元分析黏弹性板端部嵌入部位的应力场,算例包括了黏弹性板与弹性金属支承、黏弹性板与黏弹性垫层所形成的滑移接触界面端,利用黏弹性有限元的数值结果验证理论分析所得结论的有效性.      

三维动态裂纹问题的超奇异积分方程法

基于弹性材料的动态基本方程，结合广义Betti-Rayleigh互易等式与时域下的边界积分方程，推导得到时域下的超奇异积分方程组。引入Laplace域下的动态基本解，将经过主部分析的积分核函数分解为静态和动态部分，其中动态积分核不具有奇异性。在裂纹前沿附近单元，采用与理论分析一致的平方根位移模型。结合Lubich时间卷积实现拉氏变换，采用配置点法计算超奇异积分，获得问题的数值解。并针对椭圆裂纹算例编写Fortran程序，得到冲击荷载作用下张开型裂纹的动态应力强度因子变化规律，数值结果稳定且收敛速度快。     

Winkler地基模型上功能梯度材料涂层的摩擦接触问题

研究Winker地基模型上功能梯度材料涂层在一刚性圆柱形冲头作用下的摩擦接触问题。功能梯度材料涂层表面作用有法线向和切线向集中作用力。假设材料非均匀参数呈指数形式变化,泊松比为常量,利用Fourier积分变换技术将求解模型的接触问题转化为奇异积分方程组,再利用切比雪夫多项式对所得奇异积分方程组进行数值求解。最后,给出了功能梯度材料非均匀参数、摩擦系数、Winker地基模型刚度系数及冲头曲率半径对接触应力分布和接触区宽度的影响情况。     

横观各向同性材料的三维断裂力学问题

从三维横观各向同性材料弹性力学理论出发, 使用Hadamard有限部积分概念, 导出了三维状态下单位位移间断(位错)集度的基 本解. 在此基础上, 进一步运用极限理论, 将任意载荷作用下, 三维无限大横观各向 同性材料弹性体中, 含有一个位于弹性对称面内的任意形状的片状裂纹问题, 归结为求 解一组超奇异积分方程的问题. 通过二维超奇异积分的主部分析方法, 精确地求得了裂纹前沿光滑点附近的应力奇异指数和奇异应力场, 从而找到了以裂纹表面位移间断表示的应力强度因子表达式及裂纹局部扩展所提供 的能量释放率. 作为以上理论的实际应用，最后给出了一个圆形片状裂纹问题 的精确解例和一个正方形片状裂纹问题的数值解例. 对受轴对称法向均布载荷作用下圆形片状裂纹问题, 讨论了超奇异积分方程的精确求解方法, 并获得了位移间断和应力强度因子的封闭解, 此结果与现有理论解完全一致.     

尖端具有线性粘着力作用的加层空间的界面裂纹对稳态弹性波的…

本文研究一类粘着型界面裂纹的弹性波散射问题。文中利用积分变换和积分方程方法推导了确定这类问题的奇异积分方程。采用围道积分技术和切比雪夫多项式展开技术，得到了待定系数的非线性代数方程组。最后本文给出裂纹尖端站着区的大小和界面应力的数值结果。     

和界面接触的刚性线夹杂对SH波的散射

利用积分变换方法，得出了两相材料中单位简谐力的格林函数。根据简谐集中力的格林函数得出了和界面接触的刚性线的散射场。利用无穷积分的性质，把和界面接触刚性线的散射场分解为奇异部分和有界部分。通过分解后的散射场建立了和界面接触剐性线在SH波作用下的Cauchy型奇异积分方程。根据所得奇异积分方程和刚性线的散射场得到了刚性线端点的奇异性阶数及奇性应力。应用刚性线端点的奇性应力定义了刚性线端点的应力奇异因子。对所得Cauchy型奇异积分方程的数值求解，可得刚性线端点的应力奇异因子。     

弹性功能梯度材料板条中周期裂纹的反平面问题

讨论了弹性功能梯度材料板条中裂纹的反平面问题. 用Fourier 变换方法得到了一个基本解. 这个基本解表示了实轴上一点作用有点位错时引起的影响. 利 用此基本解可得单裂纹和周期裂纹问题的奇异积分方程. 在周期裂纹求解时, 远处裂纹对于中央裂纹的影响作了有效的近似处理. 最后, 给出了数值结果, 它表示了材料性质对于裂纹端应力强度因子的影响.     

SH波在压电材料条中垂直界面裂纹处的散射

研究了SH波在压电材料条中裂纹处的散射.压电材料条两侧涂有相同梯度参数的两个半无限大功能梯度材料,裂纹垂直于界面.通过Fourier变换,利用边界条件把问题转化为柯西核奇异积分方程,然后利用Chebyshev多项式对奇异积分方程进行数值求解.通过数值计算,分析讨论了压电条的几何参数和SH波频率对标准动应力强度因子的影响.     

尖端具有吸附性接触的界面裂纹对瞬态弹性波作用下的动态响应

建立并研究一类接触型界面裂纹模型对瞬态弹性波作用下的动态响应问题。文中利用积分变换和积分方程法推导了确定这类问题的奇异积分方程组。采用围道积分技术和切比雪夫多项式展开技术，得到了待定系数的非线性代数方程组。最后给出了裂纹尖端接触区大小和接触应力随时间变化的数值结果，揭示了这种接触裂纹的动力学特性及物理上的合理性。