含缺口受拉平板塑性应力场的有限元分析

含尖缺口受拉平板三维应力场是断裂分析研究中常遇到的问题,进入塑性状态以后,缺口尖端的应力状态和分布与弹性条件下有很大的不同。通过有限元的方法对含缺口受拉平板的塑性应力场进行了分析,并进一步研究了厚度和缺口半径因素对缺口尖端应力场的影响。分析结果表明,缺口半径减小提高了平面内应力σx和σy,也提高厚度方向应力σz和平面应变系数,平面应变系数在塑性条件下趋于0.5;厚度对平面内应力σx和σy影响很小,但提高厚度方向应力σz和平面应变系数,平面应变系数在载荷较小时趋于材料泊松比μ,在载荷较大时趋于0.5。     

Ⅲ型裂纹受突加荷载作用时裂尖应力场的非局部理论解

本语文应用非局部场理论分析了Ⅲ型裂纹受突加荷载作用时裂尖应和场的问题，利用Ｅｒｉｎｇｅｎ提出的简化场方程导出了该总理２的对偶积分方程，并通过数值计算方法得到该问题扔数值解，结果表明在裂纹尖端应力场是非奇异。     

铁素体管线钢的分层裂纹及其对断裂的影响

通过对针状铁素体管线钢缺口根部三维应力状态的有限元分析和不同形式的断裂实验,研究了管线钢分层裂纹产生的条件及其对断裂性能的影响.结果表明裂纹或缺口根部的三维应力状态是产生分层裂纹的必要条件,材料的强度分布影响分层裂纹的形式和方向.分层裂纹均为主裂纹扩展前材料中的弱界面在垂直该弱界面的拉应力作用下产生的,其数量和方向受裂纹端部三维应力场和材料的强度分布状态控制.分层裂纹面上的应力为零,分层裂纹有一定的间距.在断裂过程中产生的分层裂纹使裂纹或缺口根部的构形发生改变,从而对裂尖的应力状态和材料的断裂性能产生巨大的影响.穿透裂纹体的分层裂纹使其有效厚度减小,表面裂纹体的分层裂纹与裂纹扩展方向垂直.在断裂过程中产生分层裂纹需要消耗更多的能量、降低裂端三维应力约束、有效厚度降低或裂尖钝化.这些因素均使断裂扩展更加困难,而使材料韧性得到提高.     

Ⅰ型裂纹受突加荷载时裂尖应力场的非局部理论解

本文应用非局部场理论分析了Ｉ型裂纹在突加荷载作用时裂尖应力场的问题，利用Ｅｒｉｎｇｅｎ提出的简化场方程导出了该问题的对偶积分方程，并通过数值计算方法得到该问题的数值解，结果表明在裂纹尖端应力场是非奇异的。     

FGH95缺口小试样高温拉伸和蠕变断裂性能

对FGH95平板小试样和缺口小试样高温拉伸和蠕变实验结果进行了分析,并对各个加载工况的应力应变及三轴应力因子TF分布进行了有限元计算.对具有相同最小截面的试样,拉伸名义断裂应力与名义应力集中因子Kt和弹性三轴应力因子TF成线性关系."钝"缺口和"尖"缺口对蠕变断裂分别起到了硬化和软化作用,有限元计算表明"尖"缺口试样的缺口根部有强烈的轴向应力集中和高的TF值,一些研究得出的对于韧性材料,较高的TF值将导致较长的蠕变寿命的结论,对FGH95缺口小试样是不适用的,三轴应力因子的大小不能用来判定蠕变断裂寿命的长短.断口SEM分析结果表明缺口引起的应力集中导致缺口试样断裂方式与平板试样不同.     

组合载荷下含缺口纤维增强树脂基复合材料的失效分析

为研究含缺口纤维增强复合材料层合板在复杂载荷下的破坏,本文采用改进的Arcan夹具,在30°方向对含缺口碳纤维增强树脂基复合材料层合板（[-45/90/45/0]_s）进行了拉伸-剪切组合加载实验。用数字图像相关方法（DICM）测量了层合板表面层的裂纹发展过程,在缺口尖端观察到了明显的劈裂现象。然后用有限元软件ABAQUS建立了三维层合板模型,为准确模拟裂纹尖端的应力场,模型中每层引入内聚力接触来模拟劈裂。为了比较加载端的转动自由度对层合板失效模式和破坏强度的影响,文中分析了两种不同的边界条件,即约束和放松加载端的转动自由度。研究结果发现,加载端的合力方向主导了层合板的失效模式和破坏强度,放松加载端自由度的模拟结果与实验结果有很好的一致性。     

含裂纹平板的振动及裂纹扩展分析

针对含裂纹平板的振动与疲劳问题,研究含裂纹平板耦合动力学建模方法。首先在变形相似性原则下通过力学平衡原理推导出含裂纹项的平板振动方程,进而基于应力关系式形成裂纹项的表达式。在此基础上,利用Galerkin法将含裂纹板简化成单自由度振动系统,根据Berger经验方法产生方程的非线性项构建含裂纹板的非线性振动模型。最后通过算例探讨含裂纹板的动力学特性,协同Paris方程研究含裂纹平板动力学与裂纹扩展的耦合行为。研究结论表明,阻尼大小和激励力的变化对含裂纹板的振动特性及裂纹扩展规律具有显著影响。所提出的含裂纹平板耦合动力学建模方法,考虑了振动与裂纹扩展的耦合效应,为飞行器板结构抗振动疲劳设计提供理论依据。     

基于水平集算法的扩展比例边界有限元法研究

扩展比例边界有限元法在裂纹贯穿单元采用Heaviside阶跃函数描述裂纹面两侧的不连续位移,在裂尖则采用半解析的比例边界有限元描述奇异应力场。该方法具有无需预先知道裂尖渐进场的形式,无需采用特殊的数值积分技术直接生成裂尖刚度阵,对多种应力奇异类型可根据定义直接求解广义应力强度因子的特点。该文将扩展比例边界有限元法与水平集方法相结合,进一步发展了扩展比例边界有限元法,并将其应用于解决裂纹扩展的问题。在数值算例中,通过编写完整的MATLAB分析计算程序,求解了单边缺口的三点弯曲梁和四点剪切梁的裂纹扩展问题,计算结果显示扩展比例边界有限元法能有效地预测裂纹轨迹和荷载-位移曲线。通过参数敏感性分析,还可得出该方法具有较低的网格依赖性,且对裂纹扩展步长不敏感。     

复合材料补片加固含椭圆孔钢板刚度分析

针对复合材料补片加固损伤钢板的受力特点, 建立三维弹性力学模型, 对复合材料补片双面加固轴向受拉平板进行了应力和变形分析。研究了粘贴界面的剪应力分布规律, 钢板和补片内轴向拉力的分布规律, 分析了加固后平板相对加固前的相对刚度。研究了含椭圆孔钢板经复合材料补片加固后相对加固前以及相对完好钢板的刚度。结果表明, 复合材料胶接修补含孔钢板的刚度随着补片厚度的增加而增加, 且增强的趋势逐渐趋于缓和。当补片层数大于5层后, 单纯依靠增加补片的厚度并不能有效提高修复效果。解析法与有限元法的计算结果及试验结果吻合得比较好。      

缺口状态对SiC／LY12复合材料短纹疲劳行为的影响

研究峰值时效状态下ＳｉＣ／ＬＹ１２复合材料及ＬＹ１２铝合金不同缺口状态下的敌裂纹扩展行为，结果表明：在尖缺口及钝缺口状态下，短裂纹扩展的均表现为“马鞍”型特征；尖缺口下，ＳｉＣ不利于材料疲劳性能，钝缺口下，ＳｉＣ有利于材料疲劳性能，用闭合效应和缺口根部塑性区大小解释了缺口状态对短裂纹扩展的影响。     

平板双侧刚性压头对压的开裂分析

当弹性平板受双侧刚性压头对压时,在压头与平面接触角点附近会产生奇异应力场和K-控制区。与I 型裂纹类似,应力强度因子可作为断裂参量描述应力场的应力集中程度。该文利用经典守恒积分方法研究平板双侧刚性压头对压情况下应力强度因子和触压边界开裂的临界载荷问题,给出边界开裂临界开裂条件,并采用有限元法给出数值算例。     

宏微观双尺度运动裂纹模型面内拉伸下的解析解*

研究裂纹动态扩展中宏微观因素相互作用机制与微观裂尖区的钝化效应。平面拉伸状态下,宏观主裂纹以恒定速度运动。通过一个介观约束应力过渡区,将宏观主裂纹与微观裂尖区相连接,由此建立了一个宏微观双尺度运动裂纹模型。应用弹性动力学与复变函数理论,分别在宏观与微观尺度下对该模型进行解析求解,获得了解析解。通过裂纹张开位移从宏观到微观的连续性条件与宏微观应力场协调条件,将两个不同尺度下的解相耦合,获得了计算宏微观损伤区特征长度的显式表达式。研究表明,运动裂纹的宏观应力场仍具有通常的r&;#61485;1/2的奇异性。由于微观裂尖的钝化,微观应力场奇异性的阶次有所降低,与宏观应力场相比具有弱奇异性。双尺度运动裂纹模型中,可允许裂纹运动速度达到剪切波速,解除了经典运动裂纹理论中裂纹速度不能超过Rayleigh波速的限制。数值结果表明,介观损伤过渡区与裂尖微观损伤区尺寸,及裂纹张开位移等,与裂纹运动速度、材料性质、约束应力比、裂尖钝化角度等因素有关。     

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。     

动态界面裂纹扩展行为的分形描述

本文以无限弹性体中具有自相似分形几何结构的含裂纹界面研究对象，借助分形几何概念对分形界面裂纹的动态扩展行为即对界面裂尖应力场，界面裂纹扩展速度，加速度，裂尖复合应力强度因子，动态能量释放率，双材料不匹配参数，界面裂纹的分维以及它们之间的关系进行描述，给出了界面裂纹扩展行为的分形动力学模式。     

圆锥模拉拔问题的应力解析解

本文采用应力场方法，求解出园锥模拉拔问题的应力解析解，并与速度场的上限解析解和应力场近似解作了比较和分析。     

求解受钉传载荷正交各向异性板双边缺口边缘裂纹应力强度因子的复变－广义变分解法

本文以单边边缘裂纹二维应力场与位移场展开式为基础，采用广义变分方法研究受钉传载菏各向异性板双边缺口边缘裂纹应力强度因子。首先建立精确满足正文各向异性板基本微分方程、裂纹表面边界条件、钉载孔处位移单值条件与合力平衡条件的应力场和位移场的级数表达式。然后应用广义变分方法满足边界条件从而确定应力强度因子，在变分方程中只存在沿板边界的线积分、计算程序简单，输入数据很少，结果收敛迅速，并与已知结果相当吻合而且所需机时较少。     

各向异性地层中井孔周围应力场的研究

由于问题的复杂性,在以往研究井壁稳定性的文献中,大多将地层介质简化为各向同性的。该文基于各向异性弹性理论,利用复变函数方法,建立了各向异性地层中倾斜井孔周围应力场的计算模型,得到了能够反映地层各向异性性质、地层倾向和走向、井斜角和方位角、井孔液柱压力、原始地应力方位和原始地应力比等多种因素影响的井孔周围应力场的解析表达...     

水平井套管应力分析的摄动—有限元方法

本文针对水平井的几何和结构特点，提出了求解水平井套管在固井完备条件下应力场的摄动－有限元方法，从普适的弹性力学方程出发，导出了水平井在自然坐标系下的弹性力学方程，利用摄动方法把三维大尺度问题转化为二维问题，并进而建立了有限元方程，使问题的求解得到了极大的简化。     

含尖角裂纹的有限宽板在弯矩作用下裂纹周围应力场研究

对于含裂纹的板,有时裂纹尺寸与板的宽度相比并不很小,必须按有限宽板来计算。针对含尖角裂纹的有限宽板,建立基于弹性断裂理论的计算模型。通过所求得的复变应力函数,给出裂纹周围应力场的解析计算公式。根据保角变换原理,得到不同裂纹形状所对应的映射函数。对两端受弯矩作用含尖角裂纹的有限宽板,在具有不同的裂纹张开角情况下,对裂纹周围应力分布进行较为详细的仿真分析。另外,对不同的板宽对裂纹周围应力场的影响进行分析,并对不同裂纹张开角的情况进行了计算、比较。     

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。