粘弹性基体中环绕纤维的环形裂纹的&Iota|型和ΙΙ&Iota|型应力强度因子

分析了粘弹性基体中环绕纤维的环形裂纹的é 型和? 型应力强度因子及其时间相关性。根据文献[ 1 ]、文献[2 ]中的弹性解, 求出了粘弹性基体中环绕纤维的环形裂纹的é 型和? 型应力强度因子在Laplace 变换域内的解。对其进行Laplace 数值反演后, 得到了相应的é 型和? 型应力强度因子在时间域内的变化曲线。结果表明, 给定长度的环形裂纹在尚未接触界面时, 其两端正则化的é 型和? 型应力强度因子均随时间增大而减小。     

无限长条板中弹性与粘弹性界面裂纹尖端场

研究无限长条板中粘弹性-弹性界面Griffith裂纹在 Ⅰ 型突加载荷作用下,裂纹尖端动态应力强度因子的时间响应。利用积分变换方法、Fourier和Laplace变换,分别推导出了弹性和粘弹性问题的控制方程组;引入位错密度函数,并结合边界条件,导出了反映裂纹尖端奇异性的Cauchy型奇异积分方程组,运用Chebyshev正交多项式化奇异积分方程组为代数方程组,用配点法进行求解;最后用Laplace积分变换数值反演方法,将拉氏域内的解反演到时间域内,求得动态应力强度因子的时间响应,并对材料参数的影响进行了分析。结果表明,剪切松弛参量对 Ⅰ 型动应力强度因子的影响小于对 Ⅱ 型的影响,而膨胀松弛参量对 Ⅰ 型动应力强度因子的影响大于对 Ⅱ 型的影响。      

压电材料中螺型位错偶极子与圆弧形界面裂纹的电弹干涉效应

研究了在无穷远力电荷载作用下广义螺型位错偶极子与圆弧形界面裂纹的电弹干涉作用。运用复变函数方法,导出了该问题的一般解答,并获得了界面上只有一条裂纹时的封闭形式解,求得了基体及夹杂区域复势函数、广义应力场、裂纹尖端的广义应力强度因子以及作用在螺型位错偶极子上的位错力和力偶矩。讨论了裂纹长度、压电材料电弹常数以及位错偶极子的位置对裂纹尖端应力强度因子、偶极子中心的位错力和像力偶矩的影响。     

复合材料纤维内含圆盘状裂纹的应力强度因子

复合材料的纤维内含裂纹是造成纤维断裂的一个重要因素。本文采用轴对称多介质问题的边界元方法来分析纤维内含圆盘状裂纹的应力强度因子,以及基体和纤维的模量比、体积比和泊松比等参数对应力强度因子的影响。其分析结果为复合材料纤维断裂形式的破坏机理提供了参考依据。     

椭圆裂纹的权函数和应力强度因子

本文推导了承受作用在同心椭圆周上法向均匀分布力拉伸的无限大体椭圆裂纹的权函数,并用它计算了一些应力强度因子K_1。对于椭圆裂纹的特殊情况——圆盘裂纹,则相应的应力强度因子K_1与文献[1]完全相同。本文所提出的方法具有计算简便的优点。     

短纤维增强金属基复合材料弹性模量和屈服强度不对称性的解释

运用文献[1]中的变形模型和应力计算结果, 推导出了存在热残留应力时的拉伸和压缩弹性模量和屈服强度表达式, 表达式与试验吻合很好。分析表明, 纤维根区域的压缩残留应力造成弹性模量的不对称性, 基体拉伸残留应力和纤维的压缩残留应力造成屈服强度的不对称性。     

含周期性裂纹正交各向异性板平面问题的应力场分析

通过引入适当的Westergaard应力函数,采用复变函数方法和待定系数法对含周期性裂纹正交各向异性纤维增强复合材料板的Ⅰ 型、Ⅱ型问题中裂纹尖端附近的应力场进行了力学分析。在远处对称载荷与斜对称载荷作用下,先给出Ⅰ型、Ⅱ型问题在裂纹尖端处的应力强度因子,然后导出用应力强度因子表示的Ⅰ型、Ⅱ型裂纹问题应力场的解析表达式。此外,应力场大小与材料常数有关,这是正交各向异性材料不同于各向同性材料的特征。由于裂纹的周期分布,应力强度因子的大小取决于形状因子。结果表明,形状因子随着裂纹长度的增加而增大,随着裂纹间距的增大而逐渐下降,当裂纹间距趋于无穷大时,退化为含单个中心裂纹正交各向异性纤维增强复合材料板的结果。      

两种材料界面裂纹的应力强度因子

选用复变函数的幂级数作为应力函数,分析在两种材料界面上存在裂纹的情况。利用裂纹自由表面力的边界条件及材料界面上的连续条件求得特征值及待定系数之间的关系式,从而求得应力、位移及应力强度因子表达式。本文修改了Lin[1]和Mar[2]的应力函数表达式,使所得应力、位移表达式与Williams[6]及Sih—Rice[3,4]结果一致。基于上述解析解建立了裂纹尖端的奇异元。并以含有界面中心裂纹平板拉伸情况作为计算实例。      

均匀热流下导热裂纹Ⅱ型温度应力强度因子的解析解

研究含中心裂纹无限大板受远场均匀热流作用,热流密度方向与裂纹有一夹角的情况。当垂直于裂纹面方向有定量热流穿过裂纹时,采用复变函数理论,得出了温度、应力与位移场解析解。利用位移单值条件,确定出温度应力强度因子的解析表达式。针对铝合金LY12材料进行了数值计算,研究了裂纹导热情况与热流方向对温度场及温度应力强度因子的影响。研究表明:该文给定的温度边界条件下,只产生Ⅱ型温度应力强度因子,不产生Ⅰ型温度应力强度因子。热荷载可等效为一个远场均匀作用的剪应力。Ⅱ型温度应力场取决于热流密度沿垂直裂纹面方向的分量,平行于裂纹方向的热流分量对温度应力场没有影响。     

弯扭组合载荷下圆管半椭圆表面裂纹应力强度因子的有限元分析

对表面裂纹复合型应力强度因子的研究一直是线弹性断裂力学中的重要课题,例如弯扭组合载荷下圆管半椭圆表面裂纹应力强度因子的计算,到现在也没有一个正确的分析解。考虑到裂尖的应力奇异性,在裂纹前沿手动设置三维奇异单元,用三维有限元法中的1/4点位移法计算弯扭组合载荷下圆管表面椭圆裂纹前沿的Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型应力强度因子,并分析其随裂纹深度增加时的变化规律。运用该方法计算了有关模型的应力强度因子,并与该模型的实验值进行了比较,计算结果和实验结果吻合良好。     

形状记忆纤维热粘弹性基体复合材料的力学行为

应用热粘弹性理论和Voigt混合律,在变温场中针对马氏体逆相变过程建立了NiTi形状记忆纤维热粘弹性基体复合材料的应力-应变关系,在逆相变过程和基体呈现热粘弹态阶段,由于基体松弛其模量减小,在跃阶拉应力的作用下,复合材料的压缩应变迅速增大,纤维回复应力先增大后减小;在跃阶拉应变的作用下,复合材料的应力增加先变缓然后加快直至稳定,较高的温度和材料参数对NiTi纤维热粘弹性基体复合材料的力学行为和纤维的作动性能有明显的影响.     

压缩载荷下闭合裂纹的曲线分支裂纹模型研究

目前远场压应力作用下分支裂纹扩展过程中,其应力强度因子的计算模型中,经常将曲线分支裂纹简化为直线分支裂纹处理,忽略了分支裂纹扩展路径的曲线效应。基于这个考虑,在远场压应力作用下曲线分支裂纹扩展路径数学描述的基础上,建立了曲线分支裂纹模型,该模型可以考虑分支裂纹扩展过程中的曲线效应,进而计算出了曲线分支裂纹扩展过程中应力强度因子。基于ABQUS二次开发实现了对裂纹扩展过程的数值模拟,并将数值计算得出的应力强度因子与所建立的曲线分支裂纹模型解进行对比分析,验证了该模型的可行性,同时将曲线分支裂纹模型解与原有的直线分支裂纹模型解进行了对比,表明了建立曲线分支裂纹模型的必要性。     

均匀热流作用下含裂纹板I 型温度应力强度因子的解析解

研究一种新的温度边值问题。含中心裂纹无限大板受远场均匀热流作用,热流密度方向与裂纹有一夹角。当裂纹面上维持一恒定温差时,采用复变函数理论,得出了温度场、温度应力场与位移场的解析解。利用位移单值条件,确定出温度应力强度因子的解析表达式。针对铝合金LY12 材料进行了相应数值计算,分析了热流密度大小与方向对温度分布与温度应力强度因子的影响。研究表明:该文给定的温度边界条件下,只产生Ⅰ 型温度应力强度因子,不产生Ⅱ 型温度应力强度因子。温度应力场取决于热流密度沿裂纹方向的分量,垂直于裂纹方向的分量对温度应力场没有影响。     

复合材料中桥连问题的裂纹动力学模型

复合材料大多由纤维和基体组成,宏观是各向异性的。产生裂纹后,其纤维处形成“桥连”。至今人们研究大多是桥连的静力学问题[1]。本文建立一种桥连动力学模型,将桥连处用载荷代替,当裂纹扩展时,纤维也连续的开裂。文中首次求得了正交异性体中扩展裂纹受运动的集中力 作用问题的解析解,并利用这一解,通过迭加最终求得了该模型的解。     

短纤维对基体微裂纹扩展的阻滞效应分析

本文用细观力学方法分析短纤维对基体微裂纹扩展的阻滞效应。考虑了单向和随机各向两类短纤维增强复合材料,用应力强度因子和应变能密度因子的变化来表征纤维阻滞裂纹扩展的效应。本文对三种短纤维复合材料作出了具体计算。     

单向纤维增强复合材料强度的统计分析

在本文中,我们提出了一个用于研究单向纤维增强复合材料中纤维载荷集中的剪滞分析模型。用此模型推导出了包含r根断纤维的裂纹的尖端纤维的载荷集中因子的解析表达式,并由此计算了裂纹尖端纤维的最大载荷集中因子,其计算结果与Hedgepeth[2]的结果非常一致。其次,我们提出了平均载荷集中因子的概念,并通过载荷集中因子的大小定义了裂纹尖端纤维的影响长度。它的物理意义明确,而且,在裂纹的扩展过程中是逐渐增大的,这与实际情况相符。在前面分析的基础上,应用裂纹临界核模型[2,3],我们对单向纤维增强复合材料的强度问题进行了统计分析,其计算结果与实验值是一致的,其中使用平均载荷集中因子计算所得到的强度值与实验值更接近。数值结果说明了裂纹临界核模型的正确性以及用平均载荷集中因子和影响长度进行裂纹扩展分析的可行性。     

各向异性平面内双边半无限裂纹问题的基本解

应用复变函数的方法，对于含双边半无限裂纹的各向异性平面，给出了其在任意集中力作用下的复应力函数基本解与应力强度因子基本解；结果表明：当外载作用在裂纹表面上时，其应力强度因子与相应各向同性的情形相同     

倾斜应力作用下垂直于功能梯度材料夹层的币型裂纹扩展问题

分析了功能梯度材料中币型裂纹扩展问题。该裂纹体受有与裂纹面成任意角度的张应力或压应力,裂纹垂直于无限域中功能梯度材料夹层。假定非均匀介质的功能梯度材料夹层与两个半无限域完全结合,其弹性模量沿厚度方向变化。利用已发表的裂纹应力强度因子数据和线弹性断裂力学的叠加原理,将应力强度因子耦合于最小应变能密度因子断裂判据,讨论了裂纹扩展的临界荷载;并讨论了荷载方向和材料性质对临界荷载的影响。     

拉伸环向周期裂纹管的应力强度因子

利用裂纹非自发扩展的能量释放率,即G*-积分理论分析求解了拉伸周期裂纹管应力强度因子问题,给出了周期裂纹管应力强度因子的系列解答。该解亦可作为开裂曲板应力强度因子的近似解。     

湿热环境对复合材料单向板拉伸性能的影响EI北大核心CSCD

湿热环境会导致复合材料层合结构力学性能下降。针对[90]16和[0]16复合材料单向板,在不同湿热环境处理后进行拉伸试验,对比分析其拉伸性能退化情况,通过断口形貌及微观形貌分析阐述其退化机理。结果表明,干燥环境下,复合材料单向板中的环氧树脂基体在高温下发生后固化,[90]16单向板拉伸强度随环境温度升高而增加,[0]16单向板拉伸强度随环境温度上升基本不发生变化; 85%RH下,单向板纤维-基体界面上产生湿应力与热应力,[90]16和[0]16单向板拉伸强度均随环境温度升高而下降; 70℃水浴中,单向板的基体树脂与纤维-基体界面均发生严重损伤,[90]16和[0]16单向板拉伸强度严重下降。