不同电磁边界条件对三维两相电磁固体裂纹的影响

利用三维两相横观各向同性电磁固体广义不连续位移Crouch基本解,给出一种三维两相横观各向同性电磁固体内任意形状平片裂纹在不同边界条件下的边界元方法;研究裂纹表面不同电磁边界条件以及界面对解的影响;提出裂纹张开模型,得到力-电-磁联合载荷作用下裂纹腔中的电位移、磁感应强度和广义应力强度因子.     

电磁固体非均匀载荷作用下的裂纹分析

根据广义Crouch基本解和广义不连续位移边界元方法,研究电磁固体中的裂纹在非均匀载荷下的广义应力强度因子和裂纹腔内的电位移和磁感应强度,以及电磁均不可穿透和电磁均可穿透边界条件对解的影响.以线性分布的力载荷为例,给出三维电磁固体方形裂纹问题的解.运用迭代方法,求解在非均匀载荷作用下裂纹张开模型的解.作为特例,给出抛物线型载荷作用下二维裂纹问题的数值解.     

电磁介质中的裂纹分析

利用Stroh公式求得二维无限大电磁介质中椭圆孔口在无穷远均匀的力-电-磁载荷作用下的解析解.当椭圆的短半轴趋近零时,椭圆孔口变为裂纹,从而得到裂纹问题在精确边界条件下的解析解.所得结果表明,应力强度因子只与机械载荷有关,而电位移强度因子和磁感应强度因子不仅与外加的力-电-磁载荷有关,而且也与参数之比α/β和α/γ有关,其中α为椭圆孔口的短半轴与长半轴之比,β为孔口内介质的介电系数与电磁介质的当量介电系数之比,γ为孔口内介质的磁通率与电磁介质的当量磁通率之比.最后讨论了裂纹对电场和磁场的可导通性.     

压电材料平面渗透裂纹的机电耦合场

为提高压电传感器和换能器的品质,针对材料缺陷导致的压电元器件失效或不稳定,用复变函数的方法,结合椭圆形夹杂内的电场强度和电位移为常量这一早期研究结果,研究了压电材料平面电渗透裂纹的机电耦合场及其奇异性。解答表明,切向电场强度和法向电位移在裂纹尖端有由机械载荷引起的奇异,而与电载荷无关;应力强度因子与纯弹性材料结果一致。     

脆性基体复合材料裂尖邻域夹杂-基体界面脱粘发展的数值模拟

夹杂-基体界面脱粘是脆性基体复合材料在拉伸载荷下的主要损伤机制之一.同时,材料内部裂纹尖端附近区域因应力集中,往往具有相对较高的损伤可能性.文中提出一种以一类包含"非均匀相"的解析胞元为基础的数值方法,以考察脆性基体复合材料内部裂尖临域夹杂脱粘的发展以及此过程中应力强度因子的变化.该方法分别应用含夹杂与含裂尖的解析胞元,以精确描述夹杂-基体界面与裂纹尖端附近的高梯度场函数,并利用Weibull概率函数控制加载过程中夹杂脱粘的发生.应用此方法可方便地建立复合材料内部裂尖附近细观结构的有限元模型,预测各夹杂依次发生脱粘的过程,并获得夹杂脱粘概率与裂纹场应力强度因子随载荷的发展规律.根据模拟结果,详细讨论材料各方面性质对于裂尖附近区域力学行为的影响.     

三维电磁介质中的裂纹分析

给出无限大三维横观各向同性电磁介质中椭圆型球腔在无穷远均匀力-电-磁载荷作用下的解析解,椭圆型球腔的对称轴垂直于介质的各向同性面。当短半轴趋近零时,椭圆型球腔变为圆盘裂纹,从而得到圆盘型裂纹在精确边界条件下的解析解。结果表明,应力强度因子只与机械载荷有关,而电位移强度因子和磁感应强度因子不仅与外加的力-电-磁载荷有关,而且也与参数之比β／α和γ/α有关,这里的α为椭圆型球腔的短半轴与长半轴之比,β为球腔内介质的介电系数与电磁介质的当量介电系数之比,γ为球腔内介质的磁通率与电磁介质的当量磁通率之比。讨论了裂纹对电场和磁场的可导通性。     

压电双材料反平面问题的界面裂纹分析

文中研究了压电双材料在反平面载荷和平面内电载荷共同作用下的电弹场，运用边界配置法求解xoy平面为各向同性面的压电双材料在2种加载情况下的应力强度因子和能量释放率，并根据界面应力强度因子和能量释放率数值计算方法分析了材料尺寸比例、电位移D0、弹性模量、配点数及幂级数项数对应力强度因子和能量释放率的影响，得到了相应的关系变化曲线图。结果表明：在裂尖处应力具有1/2阶的奇异性；材料厚度越小裂纹长度越长，应力强度因子和能量释放率越大；能量释放率随材料弹性模量的增大而减小；配点数和幂级数项数对应力强度因子和能量释放率的影响不大，但随着配点数和幂级数项数增多数值趋于稳定，且更接近真实值。当配点数在35时，应力强度因子和能量释放率都趋于稳定，而幂级数项数分别在35、22时应力强度因子和能量释放率趋于稳定；当应力强度因子和能量释放率与外加电位移在加载情况不同时，有不同的曲线关系；该方法能够方便地计算多种加载情况下压电双材料裂尖的应力强度因子和能量释放率，能反映压电双材料的界面损伤特性，有利于压电智能结构在各行业应用推广。     

带有两个共线裂纹载流薄板的温度场及热应力强度因子

采用复变函数的方法,给出带有两个等长度共线穿透裂纹的无限大载流薄板在瞬间电流作用下,裂纹尖端附近产生的温度场的表达式,得到温度在裂纹尖端的奇异特征.在通入垂直于裂纹的均匀电流作用下,由于裂纹的存在,裂纹尖端出现绕流现象,产生焦耳热,瞬时高温形成点热源.通过点热源在金属薄板内形成的温度场,可以导出裂纹尖端产生的热应力强度因子表达式.将其与外载荷产生的应力强度因子叠加,可建立通电状态下的断裂判据.算例分析表明,点热源在裂纹尖端附近产生的热应力强度因子为负值,可以部分抵消无穷远处施加的拉应力产生的应力强度因子的作用,进而达到止裂的目的.文中建立带有两个等长度共线穿透裂纹载流薄板的热应力强度因子的概念.其研究结果对工程结构实施电磁热效应裂纹止裂具有理论意义和实用价值.     

直角平面内圆形刚性动夹杂对边界出平面点源载荷的动态响应

采用复变函数法和多极坐标移动技术研究二维直角平面区域内可动圆形刚性夹杂在边界出平面点源载荷作用下的动态响应问题.首先构造出直角平面区域内不含有夹杂时满足直角边界应力条件的格林(Green)函数解;其次求解波动方程边值问题,建立直角平面区域内含有夹杂时满足直边界应力自由条件的散射波解,利用叠加原理写出问题的总波场.借助于夹杂边界处的位移条件和夹杂运动的动力学条件,确定夹杂运动的位移幅度和散射波解中的未知系数.给出的算例结果表明本文方法的有效实用性.     

纤维增强复合材料的刚性圆柱夹杂双周期分布模型的平面问题

对于硬夹杂一软基体的单向纤维增强复合材料，将纤维束看成刚性圆柱状夹杂，考虑夹杂间的相互影响，采用复变函数和坐标变换的方法，构造呈双周期分布且相互影响的刚性圆柱夹杂的复应力函数，同时满足夹杂的边界条件，利用围线积分将求解方程组化为线性代数方程组，推导出受到远场均匀拉应力的作用，双周期分布的刚性圆柱夹杂的界面应力表达式，算例给出双周期夹杂模型的界面应力值，并与单夹杂模型的界面应力最大值进行对比。