一维六方压电准晶中三角形孔边快速传播裂纹的解析解

根据一维六方压电准晶的本构方程、几何方程和运动平衡方程,导出了一维六方压电准晶在运动坐标系下的反平面弹性问题的控制方程,并利用复变函数方法,构造保角映射函数,将物理平面的三角形孔边裂纹外部映射到数学平面的单位圆内部,从而研究了一维六方压电准晶中三角形孔边快速传播裂纹的反平面剪切问题.并在电不可通与电可通两种边界条件下,给出了裂纹以速度v传播时的Ⅲ型裂纹的动态应力强度因子和电位移强度因子的解析解.当裂纹传播速度趋于零时,三角形孔边快速传播裂纹的动力学问题可以还原为静力学问题,通过极限运算,可以得到在裂纹尖端处的应力强度因子和电位移强度因子的解析解,所得结果与已有的静力学结果一致,这些解析解在科学与工程断裂中有着潜在的应用价值,为工程力学分析提供了理论依据.     

一维六方准晶中带光滑顶点的正三角形孔边裂纹的反平面问题

本文通过引入合适的保角映射,利用Stroh公式和复变函数方法研究一维六方准晶材料中含光滑顶点的正三角形孔边裂纹的反平面问题,得到正三角形孔边裂纹尖端的场强度因子和能量释放率的表达式.通过数值算例,讨论了裂纹长度和正三角形孔口边长比值对等效场强度因子和能量释放率的影响,以及耦合系数和机械载荷对能量释放率的影响规律.结果表明:裂尖等效场强因子只与裂纹长度有关,而孔洞大小对其影响可忽略;裂纹长度、耦合系数和机械载荷总是促进裂纹扩展.     

一维六方压电准晶中正六边形孔边裂纹的反平面问题

研究了一维六方压电准晶中正六边形孔边裂纹的反平面问题,利用复变函数中的Cauchy积分公式,通过构造保角映射函数,在电非渗透型的边界条件下得到了孔边裂纹尖端的应力分布以及场强度因子的解析解.通过数值算例,讨论了正六边形的边长和裂纹长度以及剪应力对场强度因子的影响.     

八次对称二维准晶Ⅱ型单边裂纹的动力学问题

依据准晶弹性-流体动力学模型,采用有限差分方法,探讨了八次对称二维准晶Ⅱ型单边裂纹的动力学问题.首先分析了相同载荷的不同加载时间、不同的加载位置以及不同的试样尺寸对裂纹尖端处声子场应力强度因子的影响;其次分析了不同的声子场相位子场耦合弹性常数对相位子场位移分量的影响;最后分析了板端加载与裂纹面加载对动态应力强度因子的影响.计算结果表明:大小相同的脉冲载荷,加载的时间越长,无量纲化的应力强度因子越大,其曲线逐渐趋近于阶跃载荷下的曲线;试样宽度越宽,应力强度因子由零到非零需要的时间越长,无量纲化的应力强度因子值越小,说明应力强度因子与试样的尺寸有关系;声子场相位子场耦合弹性常数越大相位子场的位移分量也越大,这是因为相位子场的边界没有载荷,相位子场位移的作用力来自声子场,声子场起主导作用;而裂纹面加载和板端加载是不等价的,前者的无量纲化应力强度因子的变化幅度比后者大,这与板端加载更容易导致材料断裂的事实相一致.     

考虑表面效应时孔边均布径向多裂纹Ⅲ型断裂力学分析

理论研究了纳米尺度孔边均布径向多裂纹的Ⅲ型断裂性能.基于Gurtin-Murdoch表面弹性理论和保角映射技术,获得了孔和裂纹应力场的解析解,给出了裂纹尖端应力强度因子的闭合解.基于解答分析了应力强度因子的尺寸效应,讨论了裂纹数量、裂纹/孔径比和缺陷表面性能对应力强度因子的影响.结果表明:当孔和裂纹尺寸在纳米量级时,无量纲应力强度因子具有显著的尺寸效应;应力强度因子随裂纹数量的变化规律受裂纹/孔径比的影响;裂纹/孔径比对应力强度因子的影响受到缺陷表面性能的制约,同时表面性能对应力强度因子的影响也受限于裂纹/孔径比;表面效应对应力强度因子的影响与裂纹数量无关.     

一维六方压电准晶中正n边形孔边裂纹的反平面问题

利用复变函数方法和Schwarz-Christoffel(SC)变换,构造了保形映射函数,研究了一维六方压电准晶中正n边形孔边裂纹的反平面问题.首先由一维六方压电准晶反平面问题的本构方程、平衡方程和几何方程推导得出其控制方程.在电不可导通边界条件下,应用Cauchy积分公式,得出任意正n边形孔边裂纹尖端附近应力强度因子和电位移强度因子的解析解,并针对n=3,5,6时,给出数值算例,可以看出这些特殊情形可退化为已有的结果.研究结果表明:等效场强度因子K的值随着孔边长a和裂纹长度L/a的增加而增大;孔洞的尺寸对等效场强度因子K的影响特别显著,易导致破坏.该文所给结果对计算等效强度因子具有一般性,适用于任意正n边形孔边裂纹的求解问题,从而为工程力学、材料的制备和应用等提供了良好的理论依据.     

含埋藏椭圆形裂纹的金属构件脉冲放电瞬间温度场分析

对带有椭圆埋藏裂纹金属构件在脉冲放电瞬间的温度场进行了理论分析．在带有裂纹问题温度场的理论求解中,根据相似性原理,将电流通过带有椭圆面裂纹导体类比于流体流过障碍物的情形,从而引入了裂纹的边界条件,得到域内电流密度的分布,进而得到了放电瞬间埋藏椭圆裂纹尖端的温度场表达式,为空间裂纹电磁热止裂技术的实际应用提供了理论基础．     

一种裂纹梁振动响应分析的近似方法

本文以线弹簧模型为基础提出了一种近似分析裂纹梁振动响应的方法.把该方法同Euler-Bernoulli梁理论、模态分析方法以及断裂力学原理等结合起来运用,导出裂纹梁振动的特征方程.作为应用实例,本文考核了简支裂纹梁和悬臂裂纹梁的固有频率响应.结果表明,本文所获得的解与现有文献中的解或实验结果取得很好的一致.     

任意形状孔口单边裂纹问题的边界配位解法

本文提出了一组复应力函数,采用边界配位方法对不同形状孔口(包括圆、椭圆、矩形及菱形孔口)的单边裂纹平板的应力强度因子进行了计算.计算结果表明,对长度和宽度远大于孔口和裂纹几何尺寸的试件,配位法与用其他方法所得的无限大板含圆或椭圆孔边裂纹问题的解符合得很好.同时,对其他孔口问题,特别是有限大板情形,本文给出了一系列计算结果.本文所提出的函数及计算过程可以应用于任意形状孔口单边裂纹平板的计算.     

雷达波形设计的一个数值方法

考虑了雷达成像中的一个波形设计问题.基于匹配滤波,在Sobolev空间的框架下,使用Hermite多项式理论,并通过一种数值算法,实现了波形的优化设计.数值实验表明,该方法是有效的.相比于CW(continuous wave)脉冲和线性调频脉冲方法,该方法可以得到更高的分辨率.     

剪切荷载作用下圆孔孔边裂纹的解

基于复变函数的方法,研究了在无限远处剪切荷载作用下,含两个径向不等边裂纹圆孔无限大板的平面问题,得到了应力函数和应力强度因子的解析解.通过算例,给出了通过应力函数得到的应力分量沿坐标轴方向和孔边的分布,同时给出了裂纹尖端的应力强度因子.可以看出,应力分量在裂纹尖端、孔附近变化剧烈,离缺陷稍远处趋于所加荷载,符合Saint Venant(圣维南)原理.另外,通过有限元计算了以上数值结果,与解析解的结果进行对比,吻合较好,说明了理论公式推导的正确性.     

半无限平面裂纹构型横向应力的Green函数

针对各向同性弹性无限大板中半无限裂纹,用解析函数方法求解了裂尖处横向应力的Green函数.加载情况为一任意集中力作用于任意一内点处.用叠加法求解了复势,它给出该平面问题的弹性解.通过渐近分析抽取复势的非奇异部分.基于该非奇异部分,用一种直接方法求解了横向应力的Green函数.进一步,用叠加法得到了一对对称和反对称集中力加载时的Green函数.然后,用得到的Green函数来预测铁电材料双悬臂梁试验中畴变引起的横向应力.用力电联合加载引起的横向应力来判断试验中所观察到的稳定和不稳定裂纹扩展行为.预测结果和试验数据基本吻合.     

分析表面裂纹的一种新方法

本文作者综合了线弹簧模型及边界元法的优点,开发了一种新的线弹簧边界元法.该方法把表面裂纹这一三维问题简化为拟一维问题,可用于分析受到多种载荷作用的含表面裂纹的板.本文对该方法进行了理论分析和数值验证,报告了计算结果.结果表明,该方法经济有效.利用该方法仅使用个人计算机就可以分析表面裂纹问题.     

带复合型摩擦裂纹的圆盘动态断裂实验有限元分析

为验证考虑裂纹面接触和动态荷载时,中心裂纹巴西圆盘（CCBD）试件用于分离式Hopkinson压杆（SHPB）系统中测量脆性材料复合型动态断裂韧度的可行性,以及研究裂纹面接触对动态断裂韧度实验结果的影响.通过有限元法建立SHPB CCBD三维有限元模型,计算了不同加载条件下CCBD试件的动态应力强度因子（DSIF）.结果表明:在实验中,将考虑裂纹面接触的应力强度因子(SIF)准静态公式推广为动态公式,需要判定断裂时间是否达到应力平衡的时间条件;压剪复合型加载时,裂纹面接触导致裂纹面应力变化,会对Ⅱ型裂纹的DSIF产生显著影响,不考虑裂纹面接触的影响将会导致Ⅱ型DSIF的测试值偏大.     

风险条件下基于收益视角的最优投资决策研究

给出了风险条件下基于收益视角的损失最小化投资组合模型.数值试验表明,当投资者预期收益较高时,该模型等价于条件在险价值模型,当投资者满足于较低收益时,该模型优于条件在险价值模型.提出的基于主成分分析的情景生成方法避免了过度分散投资,投资组合模型的最优目标值随情景数目的增加快速趋于收敛;该情景生成方法无需假定随机收益的分布,融合了收益分布的非对称及尖峰等统计特征,主成分分析法的降维优势使该方法也适合于资产数目较大时的情景生成.     

带裂纹三点弯曲试样的动态应力强度因子分析

提出了计算带单边裂纹三点弯曲试样动态应力强度因子的新方法．首先由权函数的普遍形式和两种参考载荷下的应力强度因子,得到了带单边裂纹三点弯曲试样的权函数,然后考虑试样的转动惯性和剪切变形,根据振动理论推导出无裂纹梁内的动应力响应和分布,最后由权函数的思想推导出了带裂纹三点弯曲试样动态应力强度因子公式．通过有限元数值计算,验证了该方法的正确性,结果比较表明公式具有较高的精度．另外,还研究了冲击载荷下三点弯曲试样的动态应力强度因子随裂纹长度和加载速率的变化规律．     

碳纤维增强复合材料板中Ⅰ型裂纹扩展方向预测理论研究

对含裂纹碳纤维增强的复合材料层合板进行了裂纹扩展方向预测理论的研究．介绍了一种新的复合材料Z断裂理论,在裂纹尖端Z因子的定义中引入了新概念:面内平均应变,面内膨胀应变能密度因子和交互特征函数．并通过理论分析和实验测试证明了Z断裂理论的正确性．     

弹性应力波的双脉冲结构与平板冲击试验验证

对传统弹性应力波理论以及平板冲击下的应力波传播提出了重要修正.现有的弹性应力波理论在旋转运动以及与内力的对应关系、波动方程等方面存在理论缺失和不完备性.提出弹性体存在体积波和偏斜波,体积波可独立传播但偏斜波受体积波的影响,两种波构成一个弱耦合波系.平板冲击应为三维应变状态,体应变和偏应变两个波动变量依然保持二阶张量状态,但独立的波动变量可简化为一个体应变和一个偏斜主应变,波动方程简化为关于两个波动变量的弱耦合波动方程组.应力波的界面效应涉及了冲击加载面上应力波的激发和应力波在自由面上的反射,建立了加载面和自由面上边界条件与波动变量的依赖关系.冲击加载面上同时激发出体积波和偏斜波,但体积波与部分偏斜波组成一个以较快速度传播的复合脉冲,剩余偏斜波形成另一个以较慢速度传播的偏斜脉冲.两个入射脉冲在自由面上分别反射回来结构相同的复合脉冲和偏斜脉冲,即形成4个反射脉冲的传播.应力波的双脉冲结构与平板撞击下试件自由面速度的二次压缩现象是一致的,10发不同厚度的氧化铝平板冲击试验测得的二次压缩信号验证了偏斜脉冲的理论预测.     

一种带时间窗和车辆数目限制的车辆路线问题及其算法

本文提出了带时间窗和车辆数目限制的车辆路线问题的数学模型,针对该问题的特征构造了一种路线生成算法和禁忌搜索算法,并对Solomon提出的C1、R1、RC1类数据集给出了数值运算的结果,实验结果表明算法是有效的.     

玻璃态高聚物损伤断裂的非平衡统计理论

从细观层次的微裂纹在银纹内扩展模型出发,结合断裂力学与断裂动力学描述了裂尖前缘银纹质断裂所引起的微裂纹扩展动力学过程.把银纹几何结构和力学参数引入到微裂纹演化方程中,得到了随时间演化的微裂纹尺寸统计分布函数,并给出了微裂纹尺寸矩生成函数与任意阶宏观损伤函数.若微裂纹之间不存在相互作用且微裂纹在材料内部随机取向时,推导出了玻璃态高聚物的断裂几率及可靠性的普遍解析表达式.当微裂纹数目较大时,得到了断裂几率的极限形式——Gumbel分布及平均断裂强度与方差.