狭长磁电弹性体中Ⅲ型半无限裂纹的场强度因子

通过引入合适的保角映射,利用复变函数方法研究了裂纹面上受反平面剪应力和面内磁电载荷共同作用下狭长磁电弹性体中半无限裂纹的断裂行为,给出了磁电全非渗透型边界条件下裂纹尖端场强度因子和能量释放率的解析解.当狭长体高度趋于无限大时,可得到无限大磁电弹性体中半无限裂纹的解析解.若不考虑磁场或电场作用,所得解可退化为已知解.通过数值算例,分析了裂纹面上受载长度、狭长体高度以及磁、电和机械载荷对能量释放率的影响.     

有限高磁电弹性体中双半动态与静态裂纹分析

狭长体中的裂纹是断裂力学中经常采用的研究模型。含有共线无限长裂纹的条形磁电弹性体,当面内的力电磁和反平面的剪应力作用在左边裂纹尖端附近的一段裂纹面上时,往往会产生动态断裂。利用复变函数法中的拱形变换公式,导出了磁电全非渗透型边界条件下左裂纹尖端动态的应力强度因子以及机械应变能释放率的解析解。当运动速度趋于零时退化为静止状态下的解。通过数值算例分析了断裂机理,讨论了静止状态下狭长体和裂纹的几何尺寸、外力、电场和磁场分别对能量释放率的影响,为相关器件的设计与制造提供了帮助。     

带有垂直于极化方向穿透的直裂纹的压电狭长体平面问题的解析解?

通过构造新的广义保角映射,本文利用广义复变函数方法研究了裂纹面上受平面应力和面内电载荷共同作用的带有垂直于极化方向穿透的有限长直裂纹的压电狭长体的平面电弹性问题,给出了电不可渗透边界条件下裂纹尖端应力和电位移强度因子的解析解。结果表明,对于该问题应力场和电场是耦合的。若不考虑电场的作用,则可得到对应纯弹性材料的解析解。当压电狭长体的高度趋于无限大时,所得解析解可退化为已有结果。最后,通过数值算例说明了材料参数、裂纹长度和机电载荷对场强度因子的影响。     

含垂直极化方向穿透的共线半无限裂纹的狭长压电体的平面问题

通过构造新的广义保角映射, 利用广义复变函数方法研究了在电不可渗透边界条件下含有沿垂直于极化方向穿透的共线半无限裂纹的狭长压电体的平面问题, 给出了裂纹尖端处的各场强度因子的解析解。此外, 当狭长体高度和裂纹尺寸按一定的趋势变化时, 还可以得到压电复合材料另外几种新构型的平面问题的解析解。通过数值算例分析得到了两裂纹之间的距离、 狭长体的高度及裂纹面上的受载长度对场强度因子的影响规律。     

压电复合材料中III型唇形裂纹问题的解析解

采用复变函数方法和保角映射技术,研究了压电复合材料中含唇形裂纹的无限大体远场受反平面机械载荷和面内电载荷作用下的反平面问题,利用复变函数中的留数定理和Cauchy积分公式,分别获得了电不可通和电可通两种边界条件下裂纹尖端场强度因子和机械应变能释放率的解析表达式。当唇形裂纹的高度趋于零时,可得到无限大压电复合材料中Griffith裂纹的解析解。若不考虑电场作用,所得解退化为经典材料的已知结果。数值算例显示了裂纹的几何尺寸和机电载荷对机械应变能释放率的影响规律。结果表明: 唇形裂纹高度的增加会阻碍裂纹的扩展;机械载荷总是促进裂纹的扩展;电载荷对裂纹扩展的影响与裂纹面电边界条件有关。     

压电复合材料中幂函数型曲线裂纹的反平面问题

通过构造新保角映射, 利用Stroh公式研究了远场受反平面剪应力和面内电载荷共同作用下无限大压电复合材料中幂函数型曲线裂纹的断裂行为。给出了电不可渗透边界条件下裂纹尖端场强度因子和机械应变能释放率的解析解。该解析解在幂函数的幂次为零时, 可退化为已有文献中无限大压电复合材料含直线裂纹的结果, 证明了其合理性。由解析解可知, 裂纹几何形状一定时, 电场分布将不受机械载荷的影响。最后, 通过数值算例讨论了幂函数的幂次、 系数及其在 x₁轴上的投影长度对机械应变能释放率的影响。结果表明, 当压电体仅受 x₂方向载荷作用时, 对于给定幂次与开口的曲线裂纹, 在 x₁轴上的投影长度存在一临界值使其最容易开裂; 而对于给定投影长度与幂次的曲线裂纹, 开口越大裂纹越容易扩展。      

压电复合材料中圆孔边Ⅲ型非对称裂纹的场强度因子

研究了压电复合材料中圆孔边4个非对称裂纹在远处受面内电载荷和面外力载荷共同作用下的断裂行为。利用复变函数方法和新映射函数将问题转化为Cauchy积分方程组。通过求解Cauchy积分方程组,得到了电非渗透型和电渗透型两种边界条件下裂纹尖端电弹性场和场强度因子的解析解。所得结果不仅可退化为已有解,而且可模拟出若干新的缺陷构型,如压电复合材料中圆孔边三裂纹、半无限压电复合材料中半圆孔边单裂纹及半无限压电体中边界裂纹。将所得结果与有限元结果进行比较,吻合很好,证实了文中方法的正确性和有效性。数值算例分析了缺陷的几何参数对场强度因子的影响规律。     

多条表面裂纹相互作用的应力分析

脆性材料在热冲击载荷作用下,表面上经常会出现一些裂纹.含裂纹的构件可能会突然出现部分的或完全的失效.多条表面裂纹之间的相互作用通常会影响机械构件的寿命.该文采用迭加法研究了在热载荷下有限厚度的无限大板中N条中心对称分布的半圆形表面裂纹的相互作用问题:首先解析地求得板中不含裂纹时的应力分布;然后,根据叠加原理,有限元建模将反向等值载荷加在裂纹面上,从而得到问题的解.该文研究了多种裂纹构型下的应力强度因子,并以图的形式给出.     

压电弹性体中光滑顶点的正三角形孔边裂纹的反平面问题分析

通过构造新的保角映射,利用复变函数的方法,研究了含光滑顶点的正三角形孔边裂纹的横观各向同性的压电弹性体的反平面问题。在电可穿透和电不可穿透裂纹、孔周及裂纹面为自由表面的假设下,充分利用Cauchy积分公式和复变函数方法,得到了裂纹尖端的场强度因子和能量释放率的表达式。数值算例显示了在不同边界条件下裂纹的几何尺寸、机电载荷对能量释放率和机械应变能释放率的影响规律。结果表明:在电可通和电不可通边界条件下,裂纹长度和三角形边长的增加会导致能量释放率增加,机械载荷则总是促进裂纹的扩展。在电不可通边界条件下电位移可以促进或抑制裂纹的扩展,而在电可通边界条件下电位移对裂纹扩展没有影响。     

含裂纹的矩形截面压电材料反平面问题的应力场和电场

研究了含裂纹的矩形截面的压电材料在平面内电场和反平面荷载作用下的问题。得到了满足拉普拉斯方程、电渗透裂纹面边界条件的位移函数解和电势函数解,从而得到了电场和弹性场的基本解。最后,用边界配置法计算了应力强度因子和能量释放率。结果表明,这种半解析半数值的方法计算简便,而且具有足够的精确性和广泛的应用性。     

压电复合材料的共线周期性裂纹平面问题的电弹性场分析

利用复变函数知识、半逆解法及待定系数法, 研究了压电复合材料的共线周期性裂纹问题, 给出了在电不可渗透边界条件下的应力、电位移、应力强度因子、电位移强度因子和机械应变能释放率的解析解。当裂纹间距趋于无穷时, 共线周期性裂纹退化为一条单裂纹, 得到了压电复合材料一条单裂纹的结果。通过数值算例讨论了共线周期性裂纹的裂纹长度、裂纹间距和机电载荷对机械应变能释放率的影响规律。结果表明, 机械应变能释放率随着共线周期性裂纹的裂纹长度、共线周期性裂纹的裂纹间距、机械载荷和正电场的增大而增大, 随着负电场的增大而减小。     

有中间贯穿裂纹无限大板的解析解

在虚裂纹模型基础上，裂缝尖端的有限应力集中和裂缝开口位移可通过加权积分法得到。本文运用复变函数和加权积分法，推导出裂纹面上有均布荷载作用时的中间贯穿裂纹无限大板平面问题的解析解。     

椭圆形截面管环向裂纹应力强度因子分析方法

应力强度因子是断裂力学中一个重要的参量。基于虚功原理和弯曲理论,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椭圆形截面管环向裂纹应力强度因子问题,给出了椭圆形截面管裂纹张开能量释放率的G*-积分表征,得出不同载荷作用下椭圆形截面管环向裂纹应力强度因子的具体表达式。通过将其结果与有限元分析所得结果的比较,表明该方法最大的特点是能够给出封闭解,且计算简单。     

压电压磁双层材料界面二维裂纹分析

该文利用积分变换和奇异积分方程技术研究压电压磁双材料界面裂纹二维断裂问题.假设界面上压电材料电势和压磁材料磁势为零:压电层表面受机械载荷和电位移作用,压磁层表面受机械载荷和磁导作用.导出了相应问题的应力强度因子和机械能量释放率的表达式,给出了机械能量释放率的数值结果.结果表明:在同样机械载荷作用下,压电压磁双材料界面裂...     

热力载荷下多材料构件连接区的界面断裂分析

应用改进的虚裂纹闭合技术对热、力载荷作用下多材料构件连接区界面进行断裂分析。首先,通过对含橡胶夹层的复合材料层合板单腿弯曲（SLB）试件断裂分析,研究了在不同温度载荷作用下,橡胶夹层对试件能量释放率及其各型分量的影响。其次,对具有热流边界下,典型复合材料-橡胶-金属组成的多材料圆柱壳体连接裙结构进行了热力耦合断裂分析,结果表明裂纹总能量释放率随温度升高而增大。最后,针对该连接裙结构讨论了裂纹位置和橡胶层厚度对裂纹能量释放率的影响,指出适当增加橡胶层厚度可以降低裂纹能量释放率,但橡胶厚层度与界面韧性之间存在尺寸效应。     

磁电弹性材料中含有带四条裂纹的正方形孔的反平面断裂问题

针对反平面剪切力作用下,磁电弹性材料中含有带四条裂纹的正方形孔口的断裂问题进行了深入地探索。基于线弹性断裂理论和Riemann-Schwarz解析延拓定理,利用复变函数方法和留数定理,通过构造合适的数值保角映射函数,将解析函数边值问题转化为柯西积分方程组进行解答,获得了磁电非渗透边界条件下裂纹尖端断裂力学参数的显式表达式。通过与已有结果的对比,验证了方法的有效性。利用数值算例描述了孔洞尺寸、四条裂纹长度和机–电–磁载荷等因素对裂纹扩展参数的影响规律。结果表明：水平右裂纹对孔口裂纹扩展影响更显著;垂直裂纹影响水平裂纹的扩展趋势;在磁电非渗透边界条件下,随着机械载荷的增大,裂纹尖端的应力强度因子变大,而电载荷和磁载荷对裂纹的扩展与机械载荷的大小和方向密切相关。该分析方法为求解复杂多连通域的智能复合材料问题提供了一条有效途径,研究成果为含裂纹的复合材料或结构的优化设计提供了科学依据。     

不同载荷作用下Ⅲ型动态裂纹的解析解

通过复变函数论的方法,对Ⅲ型动态裂纹坐标原点受阶跃载荷、常数载荷作用下的问题分别进行研究。采用自相似函数的方法可以获得应力、位移、应力强度因子、应变能密度因子、应变能释放率和位错分布函数的解析解。应用该法可以迅速地将所讨论的问题转化为Riemann-Hilbert问题,并可以相当简单地得到问题的闭合解。利用这些解并采用叠加原理,就可以很容易地求得任意复杂问题的解。     

磁电弹性功能梯度板共线Griffith裂纹断裂行为

该文考察了磁电弹性功能梯度板的反平面问题。该板具有多个垂直于边界的共线裂纹。裂纹表面采用磁电不穿透或可穿透假设。应用积分变换和位错密度函数将问题化为柯西奇异积分方程求解。导出和分析了场强度因子和能量释放率。数值结果表明了载荷组合参数、材料梯度指数及裂纹构形对裂尖断裂行为的影响。     

Green函数法解接触力学问题

基于弹性力学中的Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ解当半无限体表面的一个环形面积上作用有均布载荷时分别推导了面上任意点的垂直位移计算表达式。     

通电瞬时板内半无限长裂纹尖端域的应力场

以导电弹性体的麦克斯威尔方程为出发点,借助于边界条件和初始条件,推得了在向含半无限长直线裂纹的无限大导电薄板内通入电流的瞬时,裂纹尖端附近电流密度的表达式。在此基础上,得到了裂纹尖端区域处温度和应力的具体表达式。算例表明,在电流所产生的焦耳热源的作用下,裂尖区域处的温度将瞬时升高,并伴有压应力的产生,从而可达到阻止裂纹扩展的目的。