导电薄板内裂纹尖端区域的电磁应力

为了研究电磁应力对导电薄板内裂纹尖端的作用,从基本电磁理论出发,通过对导体表面所受电场力的分析,推得了导电薄板内裂纹边缘处电场力的表达式.在此基础上,通过导电薄板内裂纹尖端区域磁场的确定,得到裂纹尖端区域的电磁应力表达式.裂纹尖端电磁应力的计算表明,金属薄板中裂纹尖端的电磁应力是由裂纹尖端指向金属内部的压应力,并且当电流密度为103～104A/mm2的数量级时,裂纹尖端的压应力数值可达数兆帕到数百兆帕.因此,在研究裂纹止裂问题上,其影响不容忽视.     

多裂纹导电薄板电热温度场和应力场的计算

讨论了对带有n个共线裂纹的薄板,在无穷远处加载电流实施止裂时板内的温度场和应力场。文中利用了复变函数的方法计算得到了电流场、温度场和应力场的分布状态。计算中考虑了材料热传导系数、线胀系数、弹性模量随温度的变化。作为算例,以带有两个共线裂纹、牌号为GH2132GH的高温合金制成的薄板进行了计算,给出了应力、温度与加载的电流密度及裂纹尺寸的关系;分析了导热系数随温度的变化对温度场数值的影响。     

负泊松比复合材料裂纹尖端应力场

具有平面负泊松比的石墨纤维/环氧树脂非平衡层合复合材料具有很高的断裂韧性和缺口断裂强度,这一点已被实验所证实。本文用复变函数——变分方法计算了负泊松比材料裂纹尖端的应力场和应力强度因子,并与常规的平衡复合材料进行了比较。负泊松比材料铺层为[0/15/75/15]s,[0/25/65/25]s;常规复合材料铺层为[0/60/90/-60]s.本文重点研究了主应力方向与纤维方向的夹角以及应力强度因子与断裂韧性的关系。分析结果表明;负泊松比材料的缺口断裂强度高于常规铺层复合材料的缺口断裂强度。      

裂纹深度及尖端曲率对尖角裂纹周围应力场的影响

对于尖角裂纹,裂纹深度和裂纹尖端曲率对于裂纹附近应力场的影响有可能要大于裂纹张开角度的影响。根据弹性断裂理论和复变函数理论建立了一个计算模型,利用保角映射方法解决了尖角裂纹的边界条件问题,得到了具有不同深度和尖端曲率的裂纹周围应力分布,并对此应力分布规律进行了分析。     

带半无限长界面裂纹的内界面模型

本文分析了现有内界面模型[1,3,4]在裂纹尖端邻域失效的原因,建议了一个内界面两侧位移差[u]与界面应力σ的非局部关系式(见公式(6)).特别地,对裂尖处应力具有(1/2)阶奇性的情形,以法向分量为例,导出了简单的关系式(参见§3中的公式(10)):其中d₁为某非局部特征长度,K₁为内界面常数,x为从裂尖标起的内界面线坐标.对切向分量也有类似结果,新模型保留了原有模型简洁的形式,且在远离裂尖处退化为原有模型.     

载流薄板中裂纹形成瞬间尖端附近的热电磁场

给出了载流无限大薄板在形成裂纹的瞬间,尖端区域附近的电流密度以及由于集中效应而产生的焦耳热源功率表达式。在此基础上,通过对热传导方程求解温度场,得到了裂纹尖端区域的温度表达式．通过算例分析证实了：在电磁场作用瞬间,由于裂尖处的热集中效应,能够使其在附近一定范围内熔化形成微小焊口．从而可达到阻止裂纹扩展的目的。     

载流金属材料裂纹尖端电磁应力的数值模拟

用数值模拟方法研究了金属裂纹尖端电磁应力的分布情况,给出了电流分布、磁场分布和电磁应力的分布.模拟结果表明,金属材料裂纹尖端受的电磁应力是最大的,并且这个力的大小随着电流密度的增加而增大,裂纹尖端的电磁力指向金属的内部.通过具体算例表明,在金属能承受的电流密度下,金属材料裂纹尖端的电磁应力约能达到1MPa的数量级.因此,在研究电磁场处理金属裂纹时,不能忽略电磁应力.     

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。     

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。     

阶跃递增电流作用下导电薄板中的裂纹止裂效应

研究了在带有有限长裂纹的无限大导电薄板中,垂直裂纹通入阶跃递增电流的情况下,裂纹尖端处的电磁场和温度场。给出了裂纹尖端温度的计算方法和算例。指出适当调整阶跃电流的变化值和阶跃次数,可使裂纹尖端处熔化形成焊点,从而遏制了裂纹的扩展。     

基于Kirchhoff板中裂纹尖端辛本征解的有限元应力恢复方法

对于含穿透裂纹的板结构,裂纹尖端应力场及应力强度因子的计算精度对评估板的安全性具有非常重要的影响。基于含裂纹Kirchhoff板弯曲问题中裂纹尖端场的辛本征解析解,该文提出了一个提高裂纹尖端应力场计算精度的有限元应力恢复方法。首先利用常规有限元程序对含裂纹板弯曲问题进行分析,得到裂纹尖端附近的单元节点位移;然后根据节点位移确定辛本征解中的待定系数,得到裂纹尖端附近应力场的显式表达式。数值结果表明,该方法给出的应力分析精度得到较大提高,并具有良好的数值稳定性。     

虚拟裂缝尖端拉应力大小的确定

针对单边切口的混凝土轴心受拉构件,基于虚拟裂缝模型提出一种计算极限承载力的解析模型,并在此基础上确立了虚拟裂缝尖端拉应力与混凝土轴心抗拉强度之间的关系。结果表明：二者的比值随初始缝高比的增大呈线性增加,但对混凝土强度等级的变化不敏感。其原因是由于所有的混凝土试件都存在初始缺陷,导致截面上存在明显的应力梯度,因而得到的混凝土轴心抗拉强度值是截面应力的平均值,而虚拟裂缝尖端拉应力为截面上的最大应力。很显然,轴心受拉构件的初始缺陷越长,截面的应力梯度越大,虚拟裂缝尖端拉应力与平均应力的比就越大。通常情况下,虚拟裂缝尖端的拉应力大小约为混凝土轴心抗拉强度值的1.22倍,约等于混凝土的抗折强度。     

基于裂纹尖端应力比值的含裂纹功能梯度材料圆筒应力强度因子计算方法

由于功能梯度材料（FGM）性质的特殊性,现有含裂纹FGM结构应力强度因子计算方法难以避免复杂的矩阵运算以及数值积分。该文针对含外表面环向裂纹FGM圆筒,利用FGM圆筒与均匀材料圆筒裂纹尖端应力之间的比例关系,将复杂的FGM圆筒应力强度因子求解问题转化为简单的应力值提取问题以及经验公式计算问题,仅由均匀材料圆筒应力强度因子经验公式、均匀材料圆筒和FGM圆筒裂纹尖端应力比值即可得到任意含裂纹FGM圆筒应力强度因子。该方法仅需建立2D轴对称模型即可满足计算要求,在保证精度的基础上成功回避了传统方法中的复杂矩阵运算以及数值积分,且适用于不同FGM、筒体尺寸、裂纹深度等情况下的应力强度因子计算。通过多组算例对比分析,证明该方法计算精度高、计算过程简便,便于工程应用。     

开孔薄板弹性波散射与动应力集中

本文采用边界无法对开孔无限大薄板弹性波的散射与动应力集中问题进行理论分析和数值计算。基于动力学功的互等定理建立了薄板弯曲波动问题的边界积分方程,应用Mathematica软件首次推导了各影响系数的计算公式。最后,给出了圆孔附近的动应力集中系数的数值结果。     

氢对裂尖释放位错临界应力强度因子K_e和无位错区DFZ的影响

理论计算得出:氢降低位错运动点阵阻力,使得裂尖释放位错临界应力强度因子降低;氢的存在使裂尖所释放的位错受到附加吸引力,缩短了 DFZ。TEM 原位拉伸实验表明(i)在氢气氛中,纯铁裂尖位错释放的临界应力强度因子降低。(ii)对 Fe-3%Si 单晶体,电解充氢后裂尖DFZ 消失。(iii)Fe-3%Si 多晶体预形变后充氢,裂尖存在 DFZ。实验结果证实了作者提出的理论模型。