双材料界面裂纹应力强度因子计算

建立不同裂纹长度的双材料界面裂纹模型,用有限元软件计算和分析界面裂纹尖端附近的应力场和位移场.利用裂尖前沿应力和裂纹面相对位移分别计算了界面裂纹尖端的应力强度因子K,两种方法计算的K值完全吻合.通过数值分析,给出一种计算双材料界面裂纹应力强度因子K的经验公式.     

锌铝基复合材料球形粒子界面力学行为有限元分析

粒子填充锌铝基复合材料的破坏形式主要是界面脱粘及基体中裂纹的形成与扩展 ,研究粒子与基体界面附近的应力场分布情况 ,对分析材料的失效原因有一定帮助 ,对复合材料的设计、制备有指导意义。文中建立含裂纹球形粒子填充锌铝基复合材料有限元计算模型 ,采用线弹性轴对称有限单元 ,计算锌铝基复合材料球形填充粒子在拉压两种情况下粒子与基体界面处的应力场 ,定性讨论界面脱粘、裂纹形成与扩展的力学原因 ,并分析裂纹对应力场的影响。研究结果表明 ,在拉应力场作用下 ,粒子极区的第一主应力、法向应力最大 ,该处易脱粘 ,vonMises屈服应力在偏离极区 45°处最大 ,此处是塑变首先发生的区域 ;压应力场下vonMises屈服应力分布同拉应力场 ,但第一主应力很小 ,法向应力变为负值 ;裂纹对应力场的影响局限在裂纹所在的很小区域内 ,在裂纹的尖端发生应力集中     

含半圆形埋藏裂纹金属构件脉冲放电时应力场分析

对纯弯曲载荷作用下含半圆形埋藏裂纹的金属构件在脉冲放电瞬间的应力场进行了理论分析,运用热传导、非定常热应力及汉克尔变换等理论,推导出应力场分布理论公式。由公式可知,在脉冲放电瞬间,电磁热在裂纹尖端形成热压应力场,压应力场能有效地抑制裂纹的扩展。对脉冲放电前后的含半圆形埋藏裂纹构件进行了超声波检测实验,利用超声波对比法测得脉冲放电后构件裂尖应力值,该应力值有所增大。     

复合型裂纹应力场分析

本文将应力强度因子理论放在裂纹应力场的精确解的基础上,来进一步审核目前以近似的奇性应力场为基础的应力强度因子理论的缺点和局限性。分析表明,裂纹问题中有许多重要的具有本质性的现象单凭应力场中的奇性主项是不能反映的。由于本文将应力强度因子理论置于闭合形式的精确解的基础上,因而就能够全面地分析裂纹应力场中的各种本质性现象,从而获得了比较完全的结果。用本文所提供的计算公式和所获得的结论可以作为进一步研究复合型断裂准则,双轴向载荷效应,小弹塑性裂纹应力场以及钝角裂纹应力场变化等重要断裂力学课题的理论分析基础     

复合材料层间增韧机理的有限元分析

在复合材料层间植入韧性夹层,可以有效提高层间韧性,其增韧机理在于夹层可以有效降低纤维层对裂纹尖端的约束,并降低裂纹尖端应力.文中建立层间裂纹的有限元模型,采用数值分析方法,分别计算加入夹层前后裂纹尖端的J积分值、应力强度因子以及裂纹尖端的应力场.计算结果表明,加入夹层后Ⅰ型和Ⅱ型层间裂纹尖端的J积分、应力强度因子和裂尖应力场均显著降低,并指出在夹层和相邻纤维层间界面附近出现的高应力区是造成界面失效的一个原因.     

颗粒增强脆性基体复合材料的细观强度模型

用细观力学的方法研究颗粒增强脆性基体复合材料的强度和损伤失效,认为复合材料由随机二相胞元和基体构成,分析基体、颗粒中的局部应力场,根据损伤理论分别得到基体和颗粒的损伤等效应力.在界面脱开成为裂纹源并向基体内扩展的情况下,计算出弧形界面裂纹的能量释放率.最后分别提出基体、颗粒和界面的失效强度准则.结果表明, 复合材料的强度与二相胞元的方位角、颗粒体积含量、界面脱粘角、颗粒直径有关.     

非均质焊接接头界面裂纹断裂表征参量的分析

结合双材料界面裂纹结构应力场的研究成果，分析非均质焊接接头界面裂纹结构裂端场的性能特点，对焊接接头COD参量的复合与分解途径进行讨论。基于有限元计算方法，对熔合线含裂纹焊接接头的COD值及其复合因子进行计算，指出非均质焊接接头不同于传统研究过程中假设裂纹处于焊接接头焊缝中间裂纹模型的情况，而是完全演化为Ⅰ型与Ⅱ型复合型界面裂纹结构模式。并进一步讨论不等组配界面裂纹焊接接头断裂参量及复合因子的影响因素。     

双材平面中环形界面环向裂纹问题的超奇异积分方程方法

从研究环形界面双相材料平面任点处沿径向、环向作用单位力时的弹性力学基本解出发,利用Betti定律、几何关系和虎克定律得到双材料平面环向裂纹问题的位移场和应力场表达式,经代入裂纹岸应力边界条件,导出极坐标下以裂纹岸位移间断为基本未知量的超奇异积分方程组;通过适当的积分变换,用有限部积分原理处理方程组中所包含的两类奇异积分—Cauchy奇异积分和超奇异积分,解决极坐标下环形界面双材料平面环向裂纹问题用超奇异积分方程法的理论描述与数值算法。在嵌入物半径足够大时,计算结果与已发表文献对直线界面情况下平行于界面裂纹问题的计算结果一致。     

反复印压作用下光学玻璃的微裂纹交互作用研究

对超声振动辅助磨削加工中BK7光学玻璃材料表面及亚表面的微裂纹扩展过程中的交互作用进行研究,使用维氏金刚石压头进行了BK7光学玻璃二次印压实验来模拟超声振动作用影响下单颗磨粒对光学玻璃的反复印压作用,同时采用界面粘结法获得了不同印压载荷及印压距离下产生的压痕及微裂纹形态特征及分布情况。实验结果表明：在相同载荷加载情况下,第二次印压产生的亚表面中位裂纹扩展最大深度受到侧向裂纹影响减小了30μm,同时侧向裂纹闭合后在光学玻璃材料表面及内部产生破碎。基于压痕断裂力学理论,分析了准静态载荷作用下光学玻璃内部应力场的分布及应力场驱动下微裂纹的扩展机制,对超声振动效应影响下微裂纹扩展的交互作用进行研究。结果表明：磨削过程中使用轴向超声振动辅助,能够有效地降低光学玻璃材料亚表面裂纹的深度,改善亚表面及表面加工质量,同时促进了工件材料的去除。     

反复印压作用下光学玻璃的微裂纹交互作用

对超声振动辅助磨削加工中BK7光学玻璃材料表面及亚表面的微裂纹扩展过程中的交互作用进行研究,使用维氏金刚石压头进行了BK7光学玻璃二次印压实验来模拟超声振动作用影响下单颗磨粒对光学玻璃的反复印压作用,同时采用界面黏结法获得了不同印压载荷及印压距离下产生的压痕及微裂纹的形态特征及分布情况。实验结果表明:在相同载荷加载情况下,第二次印压产生的亚表面中位裂纹扩展最大深度受到侧向裂纹影响减小了30μm,同时侧向裂纹闭合后在光学玻璃材料表面及内部产生破碎。基于压痕断裂力学理论,分析了准静态载荷作用下光学玻璃内部应力场的分布及应力场驱动下微裂纹的扩展机制,对超声振动效应影响下微裂纹扩展的交互作用进行研究。结果表明:磨削过程中使用轴向超声振动辅助,能够有效地降低光学玻璃材料亚表面裂纹的深度,改善亚表面及表面加工质量,同时促进了工件材料的去除。