振荡应力奇异性及其强度系数的数值分析方法

本文以具有振荡应力奇异性的平面问题为例,提出了一种利用普通的数值分析结果（由有限地或边界元程序计算得到的应力分量或位移分量）,来确定奇异性次数以及相应的复应力强度系数的数值分析方法。为了验证该方法的有效性,应用平面应变情况下的边界元计算结果,对界面端模型进行了分析。计算结果表明,本方法可以精确地求得振动应力奇异性次数,并且与奇异性对应的复应力强度系数也可以很方便地应用外插法得到。     

直角结合异材界面端应力强度系数的经验公式

由不同材料结合而成的材料(简称异材或双材料)的力学性能及其可靠性评价是工程中亟待解决的问题。表征界面端奇异应力场大小的应力强度系数是结合异材强度评价的依据，本文针对工程中最常见的直角结合异材，通过对大量不同材料组合的异材的边界元数值分析，提出了界面端应力强度系数的近似计算公式，无量纲化后的应力强度系数的值只与异材Dundurs参数a，卢有关，该公式具有较高的精度，可以作为一般工程上的应力强度系数的计算以及异材结构设计的依据。     

界面端应力奇异性与复合材料界面剪切强度细观实验分散性分析

复合材料细观实验方法主要有纤维拔出、纤维压力、纤维段裂和微球脱粘实验等四种；但这四种试验得到的界面剪切强度结果存在很大的分散性。虽经三十余年的研究和改进，仍未能消除。为研究分散性产生的原因，本文以轴对称界面端应力奇异性分析为基础，推导出求解四种试件界面端的特征值的特征方程，并给出了特征值随Dundurs常数的变化情况，由此发现用相同的纤维和基体制作的四种试件在界面端存在奇异性不同的应力场，从而阐明了四种界面剪切强度试验结果巨大分散性的产生原因在于纤维和基体间界面处的应力奇异性。     

各向异性复合材料的应力奇异性

本文根据各向异性材料的特征值与特征函数理论,用极其简单的矩阵形式,建立了复合楔形和裂纹止于两材料界面等情况下确定应力奇异阶次的特征方程,讨论了应力奇异性的一些特性,计算了各种情况下的应力奇异阶次。     

轴对称圆柱界面裂纹的应力奇异性

复合材料中,纤维与基体的界面脱粘是复合材料细观损伤的基本形式之一。复合材料界面粘结强度对复合材料的宏观力学性能有重要的影响。复合材料界面断裂韧性的定义与测试要求对圆柱界面裂纹尖端应力场的奇异性有充分的了解。本文对轴对称圆柱界面裂纹的应力奇异性采用逐步近法作了近似的分析,文中对获得的所似结果作了较深入的讨论。     

一个新的声应力系数及其确定

为建立声焦散线与平面应力条件下裂尖应力强度因子的关系,定义了一个新的声应力系数——声程差随应力线性变化的比例系数,该系数的大小既取决于材料常数又取决于耦合介质及声束的传播历程.借助6061-T6铝、EPTI钢两种材料的实验结果,说明了确定新的声应力系数的方法与步骤.所得结论是:只要确定了平面应力条件下超声纵波速度相对变化与主应力和之比,便可确定新的声应力系数.     

半平面双材料角界面应力奇异性分布规律的探究

论文对半平面双材料角受集中力问题的界面应力场作了深入的探究,特别着重于双材料角端点附近的界面应力的奇异性分布规律.论文通过对界面应力的严格解和渐近解[16]的比较,发现在双材料角界面端点邻近,严格解和渐近解的差是一个向端点衰减的微幅震荡分布的应力.这个向端点衰减的微幅震荡应力的起始点,称为转换点.自界面端点到转换点,严格解等于渐近解与微幅震荡衰减应力的叠加,称为渐近段.自转换点到无穷远,界面应力由严格解确定,是界面应力的基本段.在基本段内,渐近解单调变化并趋近于零,显著地偏离严格解.所以,转换点将界面应力曲线分成渐近段和基本段.文中讨论了渐近段界面剪应力奇异分布的特点,及半平面双材料角界面端点存在应力奇异性的条件.转换点的意义在于它是渐近段和基本段的过渡点.把转换点代入渐近段的渐近表达式,即可导出表征双材料角奇异性的界面剪应力强度因子与转换点的界面剪应力的关系式.这个关系式将有利于双材料角奇异性初始脱粘判据的研究和建立.     

围压对巴西圆盘应力强度因子影响的数值分析

为了验证巴西圆盘在围压作用下应力强度因子公式的正确性,论文使用有限元分析方法计算了不同相对裂纹长度下围压单独作用以及围压与集中力共同作用时巴西圆盘的应力强度因子,并与解析解进行了对比分析.计算结果表明:纯围压作用下巴西圆盘的应力强度因子的解析解与数值解结果非常接近,两者的相对误差最大仅为0.535%;围压与集中力共同作用时的I型应力强度因子解析解与数值解也非常吻合,两者计算误差很小,仅在纯II型裂纹临界加载角附近有较大误差,但最大相对误差仅为2%,从而证明了巴西圆盘在围压作用下应力强度因子公式的有效性和可靠性.计算结果亦表明:直接将试件放在液体中加压去研究围压对断裂韧度的影响,在实验方法上缺乏理论依据.     

一种计算应力强度因子的奇异元

1 引言众所周知,裂纹尖端是一个应力奇异点,用有限元法计算裂纹尖端的应力强度因子迄今已有多种方法,但这些方法在不同程度上都存在着某些缺陷.文献[1]对国内外研究者在这方面的工作进行了介绍和评述,作者指出:“最有意义的工作是利用等参元获得有适合要求的奇异性的形函数的这一类方法”.为此,本文提出一种计算平面裂纹线弹性应力强     

一种确定结合材料界面端应力强度因子的数值方法

基于弹性力平面问题的基本方程,给出了结合材料界面端的应力奇异性特征方程以及位移场和奇异应力场。提出了一种确定结合材料界面端应力强度因子的数值外插方法。对界面端区域进行了有限元网格单元划分。经过具体实例检验进一步确定了求解应力强度因子的最佳方向,该数值外插法的计算结果精度符合工程应用的要求,为工程材料强度的评价提供了有效的计算途径。     

A study on stress intensity factors and singular stress fields of three-dimensional interface crack

By using the finite-part integral concepts and limit technique, the hypersingular integrodifferential equations of three-dimensional (3D) planar interface crack were obtained; then the dominant-part analysis of 2D hypersingular integral was further used to investigate the stress fields near the crack front theoretically, and the accurate formulae were obtained for the singular stress fields and the complex stress intensity factors. After that, a numerical method is proposed to solve the hypersingular integrodifferential equations of 3D planar interface crack, and the problem of elliptical planar crack is then considered to show the application of the method. The numerical results obtained are satisfactory. Project supported by the Foundation of Solid Mechanics Open Research Laboratory of State Education Commission at Tongji University and the National Natural Science Foundation.     

A singular element for calculating the stress intensity factor

This paper proposes a new type of special element (sectorial singular element) for calculating the linear elastic stress intensity factor. The shape of element not only accords with the demands of finite element analysis, but also coincides with the theory of linear elastic fracture mechanics. The accuracy and economy of the result in this paper are satisfactory.     

求解混合型裂纹应力强度因子的围线积分法

本文用复变函数理论推导出裂纹的辅助场，并用Betti功互等定理给出求解混合型裂纹应力强度因子的远场围绕积分法．此方法与积分路径的选择无关，用有限元法计算出远离裂纹尖端的位移场和应力场，就可通过计算绕裂端的围线积分，精确地给出混合型裂纹的应力强度因子KⅠ和KⅡ的数值解．     

基于p型有限元法和围线积分法计算复合型应力强度因子

传统有限元法由于采用低阶插值计算应力强度因子时,需要划分的网格数较多,收敛速度较慢,得到的应力强度因子精度不足。p型有限元法在网格确定时通过增加插值多项式的阶数来提高计算精度,具有网格划分少、收敛速度快、精度高、自适应能力强等特点。本文采用基于p型有限元法的有限元计算软件StressCheck计算得到应力场和位移场,并由围线积分法导出混合型应力强度因子(SIFs)。通过几个经典算例,分析了围线的选择对计算精度的影响,计算了不同裂纹长度、不同裂纹角度和裂纹在应力集中区域不同位置时的应力强度因子。并将数值结果、理论解与文献中其他数值计算方法所得的部分结果进行了对比分析,结果表明自由度数不大于7000时,导出的应力强度因子相对误差最大不超过1.2%,数值解表现出较高的精度及数值稳定性。     

Determination of stress intensity factor with direct stress approach using finite element analysis

In this article,a direct stress approach based on finite element analysis to determine the stress intensity fac-tor is improved.Firstly,by comparing the rigorous solution against the asymptotic solution for a problem of an infinite plate embedded a central crack,we found that the stresses in a restrictive interval near the crack tip given by the rigorous solution can be used to determine the stress intensity fac-tor,which is nearly equal to the stress intensity factor given by the asymptotic solution.Secondly,the crack problem is solved numerically by the finite element method.Depending on the modeling capability of the software,we designed an adaptive mesh model to simulate the stress singularity.Thus, the stress result in an appropriate interval near the crack tip is fairly approximated to the rigorous solution of the corre-sponding crack problem.Therefore,the stress intensity factor may be calculated from the stress distribution in the appro-priate interval,with a high accuracy.     

平面弹性介质多孔多裂纹问题的一种数值方法

提出了平面弹性介质中多孔洞多裂纹相互作用问题的一种数值计算方 法. 通过把适于单一裂纹的Bueckner原理扩充到含有多孔洞多裂纹的一般体系，将原问题 分解为承受远处载荷不含裂纹不含孔洞的均匀问题，和在远处不承受载荷但在裂纹面上和孔 洞表面上承受面力的多孔洞多裂纹问题. 于是，以应力强度因子作为参量的问题可以通过考 虑后者(多孔洞多裂纹问题)来解决，而利用提出的杂交位移不连续法，这种多孔 洞多裂纹问题是容易数值求解的. 算例说明该数值方法对分析平面弹性介质中多孔洞多裂纹 相互作用的问题既简单又有效.     

一类非线性奇异积分方程及其数值方法研究

探讨了一类非线性奇异积分方程的数理性质以及在颗粒雷诺数Rep＜1时此类方程解的存在条件，然后详细研究了该方程的数值计算方法并构造称之为P（EC）^k多步法的差分格式，分析了该格式的收敛性和代数精度，得到时域离散步长的约束关系。运用该格式计算了静止流场和均匀振荡流中球形小颗粒的非恒定运动，将计算结果与其解析解及有关实验数据的比较表明，上述数值方法具有良好的计算精度。     

Determination of stress intensity factors in half-plane containing several moving cracks

The dynamic stress intensity factors in a half-plane weakened by several finite moving cracks are investigated by employing the Fourier complex transformation. Stress analysis is performed in a half-plane containing a single dislocation and without dislocation. An exact solution in a closed form to the stress fields and displacement is ob- tained. The Galilean transformation is used to transform between coordinates connected to the cracks. The stress components are of the Cauchy singular kind at the location of dislocation and the point of application of the the influence of crack length and crack running force. Numerical examples demonstrate velocity on the stress intensity factor.