奇异积分方程在裂纹体弹性波散射问题中的应用

结合２０多年来国内外的研究成果，评述奇异积分方程在裂纹体弹性波散射问题中的应用，特别是在界面裂纹散射问题中的应用．讨论如何将裂纹散射问题归结为奇异积分方程、如何用数值法求解这些方程等问题，并指出奇异积分方程法与其他积分方程法的关系．最后展望了奇异积分方程在裂纹体散射问题中可能的应用前景     

多个纵向环形界面裂纹对P波散射的动应力强度因子

研究多个纵向环形界面裂纹的Ｐ波散射问题。以裂纹面的位错密度函数为未知量,利用Ｆｏｕｒｉｅｒ积分变换,将问题归结为第二类奇异积分方程,然后通过数值求解,获得裂纹尖端的动应力强度因子。最后给出了双裂纹动应力强度因子随入射波频率变化的关系曲线。     

加层半空间硬币形(Penny—Shaped)交界裂纹的弹性波散射——远场散射波导分析

本文研究了加层半空间硬币形交界裂纹的弹性波散射。文中采用Hankel积分变换,将散射问题转化为求解对偶积分方程,进而变换为奇异积分方程组.应用积分变换,围道积分技术和渐近分析方法,得到了弹性层中散射位移场的远场模式,理论分析表明弹性层中的散射位移场主要由RayLeigh-Like-Mode波组成,该波是弹性层中的散射波导.最后,给出两组弹性常数组合情形下的数值结果及讨论.     

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散射

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．最后本文给出裂纹尖端粘着区的大小和界面应力的数值结果．     

与两相材料界面接触的裂纹对SH波的散射

利用积分变换方法得出了两相材料中作用简谐集中力时的格林函数．根据所得的格林函数并利用Betti-Rayleigh互易定理得出了与界面接触裂纹的散射波场．裂纹的散射波场可分解为两部分，一部分为奇异的散射场，另一部分为有界的散射场．利用分解后的散射场，可得裂纹在SH波作用下的超奇异积分方程．根据裂纹散射场的奇异部分和Cauchy型奇异积分的性质得出了裂纹和界面接触点处的奇性应力指数和接触点角形域内的奇性应力．利用所得的奇性应力定义了裂纹和界面接触点处的动应力强度因子．对所得超奇异积分方程的数值求解可得裂纹端点和接解点处的应力强度因子。     

同震断层三维裂纹扩展波动时域超奇异积分法

应用波动时域超奇异积分法将P波、S波和磁电热弹多场耦合作用下同震断层任意形状三维裂纹扩展问题转化为求解以广义位移间断率为未知函数的超奇异积分方程组问题;定义了广义应力强度因子,得到裂纹前沿广义奇异应力增量解析表达式;应用波动时域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,以三维矩形裂纹扩展问题为例,通过典型算例,研究了广义应力强度因子随裂纹位置变化规律;分析了同震断层裂纹扩展中力、磁、电场辐射规律.      

层状介质中双硬币形裂纹对扭转波的散射──远场解

本文在[1]的基础上,研究了多层介质中由于双硬币形裂纹引起的对弹性扭转波散射的远场特性.文中应用Hankel积分变换和Abel变换,将问题最后归结为求解一组第二类Fredholm积分方程,并导出了用积分形式给出的散射位移场表达式.最后运用围道积分技术和渐近分析的方法,对散射位移场在远离裂纹时的主要性态进行了分析讨论.     

平面波对有部分脱胶衬砌的圆形孔洞的散射

将波函数展开法与奇异积分方程技术相结合研究了平面波对有部分脱胶衬砌的圆形孔洞的散射。将脱离区看作弧形裂纹并忽略裂纹表面的相互作用。将衬砌和基体中的波场展开成Fou-rier-Bessel级数,利用混合边界条件得到一组对偶级数方程组并进一步转化成Hilbert奇异积分方程。数值求解给出了脱离区大小和衬砌厚度对动应力强度因子(DSIF)和散射截面(SCS)的影响。结果显示由于脱胶,动应力强度因子和散射截面呈现明显的低频共振特性。     

P波对界面部分脱胶的刚性圆柱夹杂物的散射

本文求解了弹性Ｐ波对界面部分脱胶的可动刚性圆柱夹杂物的散射问题。将脱胶区看作表面不相接触的弧形界面裂纹，借助波函数展开法并利用边界条件将问题转化为一组对偶级数方程。然后通过引入裂纹面的位错密度函数，将其化为一组具有Ｈｉｌｂｅｒｔ核的第二类奇异积分方程，并进一步化为Ｃａｕｃｈｙ型奇异积分方程组，数值求解方程组可获得动应力强度因子，夹杂物刚体振动位移和散射截面等重要参量。结果显示该类结构在较低的频率上发生共振，此低频共振特性与脱胶区大小，入射波方向、材料组合等多种参数有关。与已有方法相比，本文的方法更具一般性，适用于任意材料组合。     

层状介质中多个非共面Griffith裂纹的弹性波散射问题研究

本文利用积分变换的方法,研究了层状介质中多个非共面Griffith裂纹的弹性波散射问题,导出了当入射波分别为P(SV)波及SH波时的散射对偶积分方程,并以双覆盖层半空间中的双裂纹为例,对反平面剪切波的散射场进行了求解和较为详尽的分析。最后通过数值计算,得到了许多有关的动力学特性曲线,从而揭示了层状介质中多裂纹弹性波散射问题中的某些内在规律。     

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.      

薄膜涂层材料中币形界面裂纹的弹性波散射

研究了薄膜涂层材料中币形界面裂纹的弹性波散射问题,建立了含有币形界面裂纹的覆层半空间模型,采用Hankel积分变换,将裂纹对弹性波散射的问题转化为求解矩阵形式的奇异积分方程。结合渐近分析和围道积分技术得到积分方程的解,进一步推导了散射波的应力场和位移场,以及动应力强度因子的理论计算公式。在数值算例中,分析了不同材料组合和裂纹尺寸情况下动应力强度因子与入射波频率的关系,并给出了裂纹张开位移的结果。为薄膜涂层材料的动态破坏分析提供了一定的理论基础。     

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。     

周期界面裂纹的弹性波散射问题研究

本文研究了分布于两个关元限空间的周期界面对垂直入射Ｐ波及ＳＨ波的散射问题，文中利用有限Ｆｏｕｒｉｅｒ变换将一个周期带内散射场的边值问题转化为求解一个带周期核的奇异积分方程，并对ＳＨ波入射的情形进行了详细的分析，求解了相应的异积分方程，最后给出裂纹尖端的应力强度因子的计算公式及远离裂纹时散射位移场的渐进形式，并对散场的动态特性进行了数值分析。     

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。     

圆夹杂内裂纹对SH波的动力响应

利用特殊函数的Graf加法公式和波函数展开方法得出了圆夹杂内作用集中力的格林函数．根据Bessel函数的渐近性质，对所得格林函数的奇异部分和有界部分进行了分离．利用所得的格林函数和互易定理得出了圆夹杂内裂纹在SH波作用下的散射场．根据裂纹的散射场建立了圆夹杂内裂纹的超奇异积分方程．对超奇异积分方程的数值求解，可得裂纹端点的动应力强度因子。     

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。     

具周期裂纹的半平面周期接触问题的奇异积分方程数值解法

运用Hilbert核的奇异积分方程的数值解法研究具任意形状裂纹的各向同性弹性半平面在周期压头作用下的周期接触问题,将所考虑问题转化为第一型或第二型的奇异积分方程组．最后给出带垂直裂纹的半平面在光滑平底压头作用下的数值结果．令α→∞时,就得到非周期经典结果．     

反平面弹性中边缘内分叉裂纹的奇异积分方程解法

利用复变函数和奇异积分方程方法,求解反平面弹性中半平面边缘内分叉裂纹问题。提出了满足半平面边界自由的由分布位错密度表示的半平面中单裂纹的基本解,此基本解由主要部分和辅助部分组成。将半平面边缘内分叉裂纹问题看作是许多单裂纹问题的叠加,建立了以分布位错密度为未知函数的Cauchy型奇异积分方程组。然后,利用半开型积分法则求解奇异积分方程,得到了裂纹端处的应力强度因子。文中给出两个数值算例的计算结果。     

垂直磁压电材料界面三维裂纹的超奇异积分法

应用有限部积分概念和广义位移基本解，垂直于磁压电双材料界面三维复合型裂纹问题被转 化为求解一组以裂纹表面广义位移间断为未知函数的超奇异积分方程问题. 进而，通过主部 分析法精确地求得裂纹尖端光滑点附近的奇性应力场解析表达式. 然后，通过将裂纹表面 位移间断未知函数表达为位移间断基本密度函数与多项式之积，使用有限部积分法对超奇异 积分方程组建立了数值方法. 最后，通过典型算例计算，讨论了广义应力强度因子的变化规 律.