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通过研究混凝土梁中Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹尖端的应力场，给出了裂纹尖端塑性区范围，运用最大拉应力作为断裂判据，推测了混凝土梁中含复合裂纹的裂纹扩展时的临界条件和扩展方向。     

功能梯度材料反平面裂尖应力场的非局部解答

用非局部线弹性理论研究了无限大功能梯度材料反平面的裂纹问题，利用积分变换和对偶积分方程求解出裂纹尖端的应力场和位移场，并利用Schmidt方法进行了数值求解，与经典的解答相反，裂纹尖端应力场的奇异性不存在，裂纹尖端应力随梯度参数和原子晶格参数的增加而降低．     

混凝土梁中Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹研究

通过研究混凝土梁中Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹尖端的应力场,给出了裂纹尖端塑性区范围,运用最大拉应力作为断裂判据,推测了混凝土梁中含复合裂纹的裂纹扩展时的临界条件和扩展方向。     

裂纹尖端位于各向同性材料及正交异性材料界面Ⅰ型裂纹的塑性应力场

本文研究了裂纹尖端位于各向同性材料及正交异性材料两相介质界面并且裂纹位于各向同性材料内Ⅰ型裂纹平面应变问题的塑性应力场．将各向同性材料及正变异性材料分别视为满足Ｍｉｓｅｓ屈服准则及Ｈｉｌｌ屈服准则的理想塑性材料，得到了裂纹尖端塑性应力场．     

岩石类准脆材料的起裂韧度与加载率关系的物理机理研究

基于岩石类准脆性材料的力学特性和动态裂纹尖端的应力场解析解,利用摩尔强度准则计算出了裂纹尖端断裂过程区的形状及尺寸,确定了岩石类材料动态裂纹尖端的断裂过程区面积和裂纹扩展速度之间的关系.进而利用尺寸效应公式,推导出了岩石的起裂韧度和加载率之间的关系.结果表明,岩石类材料裂纹尖端的断裂过程区的面积随着裂纹的扩展速度的提高而增大,从而推导出岩石的起裂韧度随着加载率的增大而提高.计算的岩石的起裂韧度对于加载率的依赖关系与实验结果基本定性吻合,说明理论模型的合理性.模型计算结果和实验结果有一定差距的原因,认为是模型没有考虑变形破坏的黏性效应所致,将在今后的研究中考虑黏性效应.     

Ⅲ型定常扩展裂纹尖端的黏弹性--理想塑性场

假设扩展裂纹尖端的人工黏性系数与塑性应变率的幂次成反比,推导出理想弹塑性材料的一种率敏感型本构关系．假定应力和应变都具有相同的幂奇异性,对定常扩展裂纹尖端的应力和应变场进行了渐近分析．通过量级分析,讨论了弹性、塑性及黏性3者的匹配条件．对Ⅲ型动态扩展裂纹进行了具体的分析和计算,讨论了解的性质随各参数的变化规律．对相应的准静态问题进行了渐近分析,通过与裂纹扩展速度趋于零时的动态解相比较,表明准静态解是动态解的特例,从而解决了无黏性分析中动态解不能退化为准静态解的矛盾．分析与计算结果表明,黏性效应是扩展裂纹尖端场的一个重要因素．     

可压缩粘弹性材料Ⅰ型动态扩展裂纹尖端场

为了研究粘性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了可压缩粘弹性材料Ⅰ型动态扩展裂纹的力学模型,推导了可压缩材料Ⅰ型动态扩展裂纹的本构方程.在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级.通过渐近分析求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近解,并采用打靶法求得了裂纹尖端应力、应变和位移的数值结果,给出了应力、应变和位移随各种参数的变化曲线.数值计算表明,弹性可压缩变形对Ⅰ型裂纹尖端应力场影响甚微,而对应变场和位移场影响较大.裂纹尖端场主要受材料的蠕变指数n和马赫数M控制.当泊松比v=0.5时,可以退化为不可压缩粘弹性材料Ⅰ型动态扩展裂纹.     

动态广义塑性区寸尺因子断裂判据的探讨

本文从广义米赛斯准则出发,利用裂纹尖端附近奇异应力场,得出了动态广义塑性区尺寸因子断裂判据,为解决动态裂纹的扩展,提供了依据。     

基于应力梯度的Ⅰ型中心裂纹应力强度因子修正方法分析

基于无限大板Ⅰ型中心裂纹尖端附近非均匀应力分布规律，提出一种考虑应力梯度影响的应力强度因子计算方法。首先，利用校正的Westergaard应力函数求解单向拉伸Ⅰ型裂纹尖端附近应力场，分析其对裂纹扩展的作用，采用应力与距离分离形式，更加凸显因距离r值的大小而引起应力发生变化的本质原因；其次，提出应力系数函数用以表征应力场的变化，考虑当相对应力系数梯度函数值变化1%时，应力梯度变化对裂纹的扩展无影响，并定义为特征距离r_eff,以此范围内平均应力去修正应力强度因子K;最后，以20Cr钢为研究对象验证本文方法的正确性和可行性，结果表明：本文计算方法得到的应力强度因子为经典断裂学方法的1.22倍，主要原因是考虑了应力梯度的影响，裂纹尖端附近实际承受的应力增大，应力强度因子增大。     

表面涂层材料终止于界面裂纹尖端弹塑性奇异应力场

针对涂层材料分析了终止于界面的裂纹尖端弹塑性应力场奇异性。由线性硬化全量理论并考虑到裂纹尖端应力奇异特征,建立了相关的本构方程。利用Goursat应力函数求得了裂纹尖端弹塑性奇异应力场。分析结果表明,所得应力场奇异性可以通过两个与硬化系数相关的Dundurs参数进行描述。当硬化系数远小于弹性模量时,奇异应力场仅需要一个Dun-durs参数来表征。对于涂层为陶瓷基体为金属的情形,奇异性取决于裂纹方向。     

无限长条功能梯度材料自由边界反平面裂纹动力学问题

利用功能梯度材料剪切模量的指数模型,对无限长条自由边界反平面Yoffe裂纹的动力学问题进行了研究.通过积分变换求得了应力场和位移场,将混合边界值问题简化为一组对偶积分方程,并利用Copson方法对动应力强度因子进行了求解.分析了裂纹运动速度、梯度参数及裂纹长度对裂纹尖端动应力强度因子的影响.数值计算表明,动应力强度因子随着裂纹运动速度和裂纹长度的增加而增大,随着梯度参数的增加而降低.     

正交异性双材料反平面界面裂纹分析

研究了正交异性双材料反平面界面裂纹问题。采用复合材料断裂复变方法,构造了特殊应力函数,通过求解一类偏微分方程组边界问题,推导出界面裂纹尖端附近的应力场、位移场及应力强度因子的表达式,确定了裂纹尖端应力场的奇异性,结果现实裂尖附近应力具有r^-1/2的奇异性,但没有振荡性。     

二维十次对称压电准晶含Griffith裂纹的平面问题

利用Stroh公式结合半逆解法,得到裂纹尖端附近的场解和场强度因子解,并利用权函数方法求解裂纹尖端的能量释放率.结合算例,探讨不同集中载荷作用下场强度因子和能量释放率的变化规律,并分析无限远处均匀载荷作用时裂尖附近的应力和位移,与椭圆孔以及相应的退化结果对比验证.结果表明,在裂尖附近作用集中载荷,对力强度因子以及电位移强度因子有显著影响,能量释放率是电场、声子场、相位子场、声子场-相位子场耦合效应以及电场-声子场耦合效应共同作用的结果,且应力强度因子、电位移强度因子和能量释放率共同表征了裂纹扩展过程中的应力集中以及扩展的大致方向.     

Stress distribution and effective stress intensity factor of a blunt crack after dislocation emission

The stress fields induced by a dislocation and its image dislocations around a narrow elliptic void are formulated. Based on the solution, the stress distribution and effective stress intensity factor of a blunt (elliptic) crack were calculated under mode I constant loading. The results show that a dislocation-free zone (DFZ) is formed after dislocation emission. There exists a second stress peak in the DFZ except a stress peak at the blunt crack tip. With an increase in the applied stress intensity factor Kla or the friction stress T, of the material, the DFZ size and the peak stress at the crack tip decrease, but the peak stress in the DFZ and the effective stress intensity factor Klf presiding at the crack tip increase. Because of dislocation shielding effects, shielding ratio Kla/Klf increases with increasing Kla, but it decreases with increasing Tf.     

单元类型对疲劳裂纹二维弹塑性有限元模型的影响

用弹塑性有限元方法,以较少的单元建立模拟循环载荷下高强铝合金疲劳裂纹扩展的二维模型,计算塑性区尺寸、裂尖应力场及位移场等裂尖参数的有限元结果,与断裂力学和弹塑性力学公式计算的理论值进行比较,利用ABAQUS软件,分析不同单元类型对裂尖参数的影响,确定不同条件下计算精度较高的单元类型。     

正交异性粘弹性材料Ⅰ型裂纹尖端场研究

研究正交异性粘弹性材料在对称载荷作用下,裂纹尖端的应力与位移分布。首先利用La—place积分变换法,将正交异性粘弹性问题转化为拉普拉斯空间的正交异性弹性问题进行求解;其次,在正交异性弹性材料板裂纹尖端解的基础上,利用准静态粘弹性-静态弹性对应原理,得到Laplace域内正交异性粘弹性裂纹尖端的解;最后采用F-Durbin数值方法将其作逆变换,求得正交异性粘弹性材料Ⅰ型裂纹尖端的数值解。通过在力作用开始时的粘弹性解与相同条件下的弹性解进行对比,表明采用F-Durbin数值反演方法可以得到更精确的解。     

Crack tip higher order stress fields for functionally graded materials with generalized form of gradation

A generalized form of material gradation applicable to a more broad range of functionally graded materials (FGMs) was presented. With the material model, analytical expressions of crack tip higher order stress fields in a series form for opening mode and shear mode cracks under quasi-static loading were developed through the approach of asymptotic analysis. Then, a numerical experiment was conducted to verify the accuracy of the developed expressions for representing crack tip stress fields and their validity in full field data analysis by using them to extract the stress intensity factors from the results of a finite element analysis by local collocation and then comparing the estimations with the existing solution. The expressions show that nonhomogeneity parameters are embedded in the angular functions associated with higher terms in a recursive manner and at least the first three terms in the expansions must be considered to explicitly account for material nonhomogeneity effects on crack tip stress fields in the case of FGMs. The numerical experiment further confirms that the addition of the nonhomogeneity specific terms in the expressions not only improves estimates of stress intensity factor, but also gives consistent estimates as the distance away from the crack tip increases. Hence, the analytical expressions are suitable for the representation of crack tip stress fields and the analysis of full field data.     

考虑偶应力影响的有限大板单边裂纹计算

裂纹尖端存在很大的应变梯度,应变梯度效应对裂纹尖端附近的应力场和微尺度下的断裂行为产生显著影响.本文采用基于偶应力理论的无网格迦辽金法计算有限大板单边裂纹尖端的应力场和应力强度因子,分析了偶应力对裂纹尖端的影响.计算结果表明基于偶应力理论的无网格法的有效性和可行性.     

Microscopic study of mode I crack tip deformation

By simulating edge dislocation emissions from a mode I crack tip along multiple inclined slip planes, the plastic zone and dislocation-free zone around the crack tip are obtained. It is found that the shape of the mode I plastic zone consists of two leaning forward loops which is better agreement with experimental observations. Except at the crack tip there are also stress peaks in front of the crack tip. A formula of the maximum peak stress as a function of the applied stress intensity factor and the friction stress has been regressed.