八次对称二维准晶材料接触问题

本文通过引入位移函数和应用Fourier分析与对偶积分方程理论圆满解决了在一个刚性平头冲头作用下八次对称二维准晶材料的接触问题，得到了此材料接触问题应力与位移的解析表达式。结果表明，如果接触位移在接触区域内为一常数，则接触应力在接触边缘具有1／2阶奇异性，这为准晶材料的接触变形提供了重要的力学量。     

点群10mm十次对称二维准晶中的两类接触问题

采用复变函数法探讨了在一个刚性压头作用下十次对称二维准晶材料的两类接触问题,即具有有限摩擦的接触问题以及粘结接触问题.特别地对于平底压头,获得了表征声子场和相位子场的全纯函数的显式表达式,以及在压头上的接触应力分布.结果显示,对于具有有限摩擦的接触问题,接触应力在接触区边缘具有实指数奇异性-1／2±β,其中β由准晶体的材料常数及静摩擦系数确定;而对于粘结接触问题,接触应力在接触区边缘具有振荡型奇异性-1／2±iε,其中ε由准晶体的材料常数确定.     

带裂纹三维二十面体准晶平面弹性的无摩擦接触问题

利用平面弹性复变方法,通过求解边值问题,研究了单个刚性压头作用在带任意形状裂纹的三维二十面体准晶下的无摩擦接触问题,求得了应力函数封闭解的表达式,同时得到了裂纹左右端点处应力强度因子和压头下方任意点处声子场接触应力的显式表达式。理论结果表明,声子场接触应力在压头边缘具有-1/2阶奇异性。如果忽略相位子场作用,本文得到的结果可退化为已有文献中弹性材料相应结论。数值结果用于分析带水平直裂纹三维二十面体准晶下半平面与单个平底刚性压头无摩擦接触时量纲为一的应力强度因子和量纲为一的接触应力的分布规律;量纲为一的应力强度因子在裂纹距边界垂直距离和压头半宽度之比约为0.3和1.5处取得最大值;量纲为一的接触应力呈对称分布,在压头中心处最小,在压头边缘处达到峰值且具有奇异性;相位子场弹性常数、耦合系数与Lamé常数的比值对量纲为一的声子场接触应力的大小和分布规律几乎无影响。     

一维六方准晶非周期半平面的有限摩擦接触问题

为了充分利用材料,准确确定准晶的接触变形具有重要的理论和现实意义。利用复变函数方法求解了常见的一维六方准晶非周期上半无限平面的有限摩擦接触问题,求得在平底刚性压头作用下接触面上接触应力及接触位移的显式表达式。数值算例讨论了摩擦系数、耦合系数对接触应力及接触位移的影响,讨论了量纲为一的接触应力与量纲为一的接触位移的相互关系。由数值结果可知:接触应力在接触区域边缘处有奇异性;当摩擦系数分别取0.05、0.10、0.15时,声子场接触应力在接触面内的变化值介于0.005GPa~0.01GPa,相位子场接触应力在接触面内的变化值介于0.5MPa~1.5MPa,由此可以看出摩擦系数对接触应力大小影响甚小;当耦合系数取不同值时,声子场接触应力在接触面内的变化值介于0.003GPa~0.014GPa,相位子场接触应力在接触面内的变化值介于5MPa~8MPa,从而可得耦合系数对声子场接触应力值的变化几乎没有影响,对相位子接触应力值的变化有比较明显的影响;当耦合系数取不同值时,声子场接触位移在接触面内的变化值介于0mm~0.02mm,因此可知耦合系数对声子场接触位移的影响几乎可以忽略;随着量纲为一的声子场接触应力的增大,量纲为一的接触位移也在增大;声子场接触应力在接触区域边缘处会产生应力集中的现象。     

一维正方准晶非周期平面弹性有限摩擦接触问题

利用平面弹性复变方法和解析函数边值理论,讨论了一维正方准晶材料非周期平面上的有限摩擦接触问题.基于一维正方准晶非周期平面内应力和位移分量的广义复变函数表示,有限摩擦接触问题被转换为Riemann-Hilbert边值问题.对于平底压头,得到了压头下方接触应力的显式表达式,并用数值算例分析了摩擦系数和声子场-相位子场耦合系数对压头下方接触应力分布的影响.结果表明:(1)摩擦系数对接触应力大小和分布规律的影响几乎可以忽略;(2)耦合系数对接触应力的分布规律无影响,对声子场接触应力值的影响微乎其微,对相位子场接触应力大小的影响比较明显.特殊条件下,本文所得结论可退化为一维四方准晶和一维六方准晶非周期平面内有限摩擦接触问题的解.当摩擦系数等于0时,还可以得到对应无摩擦接触问题的解.     

十次对称二维准晶材料的位错动力学问题

论文采用Bak准晶弹性动力学模型研究了十次对称二维准晶材料的位错动力学问题。将Stroh公式推广到了准晶材料动力学问题的研究中,给出了位移和应力一般解的表达式。讨论了位错移动速度、声子场和相位子场耦合弹性常数对声子场、相位子场位移和应力的影响。     

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。     

考虑尺寸效应的双材料轴对称界面端应力奇异性

提出了一种分析双材料轴对称界面端的应力奇异行为的特征值法.基于弹性力学空间轴对称问题的基本方程和一阶近似假设,利用分离变量形式的位移函数和无网格算法,导出了关于应力奇异性指数的离散形式的奇异性特征方程.由奇异性特征方程的特征值和特征向量,即可确定应力奇异性指数、位移角函数和应力角函数.数值求解了纤维/基体轴对称界面端模型的奇异性特征方程, 结果表明:尺寸效应参数δ(奇异点与轴对称轴的距离和应力奇异性支配区域大小的比值)影响着应力奇异性的强弱与阶次, 准一阶近似解析解只是δ>>1时的一个特例.      

任意奇异性阶次的应力场的守恒积分

本文直接由固体力学的基本方程出发,以权函数方法,导出了具有任意奇异性阶次应力场的二维守恒积分并保证了它的收敛性.本文同时也讨论了守恒积分在V型缺口试件中的应用.本文提供的守恒积分可用于变厚度板、非均匀温度场与存在体力的情况.     

在摆动和移动耦联作用下结构物对周期性水平运动的反应

本文研究了在水平地面运动情况下,墙——刚性条形基础——地基系统的动力相互作用问题.文中考虑了土——结构物系统摆动和移动的耦联振动.对于地基与基础间的接触,作了如下一些假定:1)接触是焊固的,即基础的运动与地面运动相一致;2)基础底面上各点的水平位移是一常数;3)在摆动中,基础垂直位移的分布保持为一直线.为了比较起见,同样研究了非耦联情形.利用富里叶变换,问题归结为对偶积分方程(对于无耦联情形)和对偶积分方程组(对于耦联情形).借助于雅可比多项式的无限级数对此二种方程进行求解.数值结果表明,对于存在和不存在耦联影响,基础位移、墙顶对其底部的相对位移、基础底面的接触应力分布等等之间,存在着相当大的差异.     

MOVING SCREW DISLOCATION IN CUBIC QUASICRYSTAL

The elasticity theory of the dislocation of cubic quasicrystals is developed. The governing equations of anti-plane elasticity dynamics problem of the quasicrystals were reduced to a solution of wave equations by introducing displacement functions, and the analytical expressions of displacements, stresses and energies induced by a moving screw dislocation in the cubic quasicrystalline and the velocity limit of the dislocation were obtained. These provide important information for studying the plastic deformation of the new solid material.     

Two Kinds of Contact Problems in Dodecagonal Quasicrystals of Point Group 12 mm

In this paper,two kinds of contact problems in 2-D dodecagonal quasicrystals were discussed using the complex variable function method:one is the finite frictional contact problem,the other is the adhesive contact problem.The analytic expressions of contact stresses in the phonon and phason fields were obtained for a flat rigid punch,which showed that:(1) for the finite frictional contact problem,the contact stress exhibited power-type singularities at the edge of the contact zone;(2) for the adhesive contact problem,the contact stress exhibited oscillatory singularities at the edge of the contact zone.The distribution regulation of contact stress under punch was illustrated;and the low friction property of quasicrystals was verified graphically.     

A MODE Ⅱ CRACK IN A TWO-DIMENSIONAL OCTAGONAL QUASICRYSTALS

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｄｉｓｃｏｖｅｒｙｏｆｑｕａｓｉｃｒｙｓｔａｌａｒｏｕｎｄ 1 984 [1,2 ,3]ｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈｆｏｒｃｏｎｄｅｎｓｅｄｍａｔｔｅｒｐｈｙｓｉｃｓｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ.Ｔｈｅｑｕａｓｉｐｅｒｉｏｄｉｃｓｙｍｍｅｔｒｙｏｆｓｏｌｉｄｐｒｅｓｅｎｔｓｇｒｅａｔｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ .Ｎｕｍｅｒｏｕｓｑｕａｓｉｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｍａｔｅｒｉａｌｓｗｉｔｈｓｔａｂｌｅｐｒｏｐｅｒｔｙｗｅｒｅｐｒｏｄｕｃｅｄ ,ｔｈｉ…     

A MODE Ⅱ CRACK IN A TWO-DIMENSIONAL OCTAGONAL QUASICRYSTALS

The present study develops the fracture theory for a two-dimensional octagonal quasicrystals. The exact analytic solution of a Mode Ⅱ Griffith crack in the material was obtained by using the Fourier transform and dual integral equations theory, then the displacement and stress fields, stress intensity factor and strain energy release rate were determined, the physical sense of the results relative to phason and the difference between mechanical behaviors of the crack problem in crystal and quasicrystal were figured out. These provide important information for studying the deformation and fracture of the new solid phase.     

准晶数学弹性力学和缺陷力学

对准晶数学弹性理论的基本概念和基本框架作了介绍,在此基础上分别针对目前已经发现的几类一维准晶、二维准晶和三维准晶讨论了其数学弹性的理论体系．为了求解准晶弹性的边值问题或初值一边值问题,还必须发展相应的方法论．物理工作者在研究准晶位错弹性问题中发展了Ｇｒｅｅｎ函数方法．针对一维与二维准晶弹性中几类问题提出了分解与叠加程序,这一程序的使用,使极其复杂的准晶弹性问题得到简化,进而引进位移函数或应力函数,把数目。庞大的准晶弹性基本方程化成一个或少数几个高阶偏微分方程,进一步使求解步骤大为简化．对三维立方准晶弹性也采用了类似步骤使求解过程大为简化．在以上化简的基础上,发展了准晶弹性的边值问题或初值一边值问题的复交函数方法和 Ｆｏｕｒｉｅｒ分析方法,求得了一系列准晶位错问题和裂纹问题的分析解（古典解）．在研究准晶弹性的边值问题古典解的同时,也讨论了同这些边值问题相对应的变分问题和广义解（弱解）以及这种弱解的数值方法──有限元法．在物理学家工作基础上开展的这些工作可以看作对经典数学弹性理论和方法、经典Ｖｏｌｔｅｒｒａ位错理论、普通结构材料断裂力学和经典有限元的某些发展．此外,还把一维六方准晶弹性动力学的结果与统计物理的某些     

A Mode- II Griffith Crack in Decagonal Quasicrystals

By using the method of stress functions, the problem of mode-II Griffith crack in decagonal quasicrystals was solved. First, the crack problem of two-dimensional quasicrystals was decomposed into a plane strain state problem superposed on anti-plane state problem and secondly, by introducing stress functions, the18 basic elasticity equations on coupling phonon-phason field of decagonal quasicrystals were reduced to a single higher-order partial differential equations. The solution of this equation under mixed boundary conditions of mode-II Griffith crack was obtained in terms of Fourier transform and dual integral equations methods. All components of stresses and displacements can be expressed by elemental functions and the stress intensity factor and the strain energy release rate were determined. Biography: GUO Yu-cui (1962-), Associate professor, Doctor     

纤维增强复合材料圆柱型界面裂纹分析

以裂纹面上的位错函数为未知量将圆柱型界面裂纹问题化成一组奇异积分方程的求解问题．应用Ｍｕｓｋｈｅｌｉｓｈｖｉｌｉ的奇异积分方程理论，分析了圆柱型界面裂纹尖端应力场．针对裂纹尖端分别存在和不存在接触区两种情况，确定了裂纹尖端应力场的奇异性．利用数值方法计算了圆柱型界面裂纹尖端接触区尺寸对剪应力强度因子的影响．     

Solutions for hydrodynamics of 5- and 10-fold symmetry quasicrystals

This study carries out a complete analysis of time-space solution of hydrodynamics of pentagonal/decagonal quasicrystals. The behaviors of wave propagation for phonons and diffusion for phasons and coupling between phonon-phason fields are explored explicitly. Comprehensive discussion on physical time-space variations of all hydrodynamic field variables of the alloy quasicrystals is given. The computational specimen is simple, convenient in testing computational results, and provides a possibility that is easy to test experimentally. The quantitative results of mass density, viscosity velocities, phonon displacements, phason displacements, phonon stresses, phason stresses, viscosity stresses, and their time-space variations help us understand the motion of solid quasicrystals in a hydrodynamic condition (long-wavelength and low-frequency). The analysis presented in this paper can be used for octagonal and dodecagonal quasicrystals and is easily extended to other two-dimensional quasicrystals and three-dimensional icosahedral quasicrystals. Some problems explored by the computational results are also discussed.