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．     

Ⅰ型动态扩展裂纹尖端场的渐近方程

由于准静态扩展裂纹存在着许多矛盾,而动态解当马赫数M→0时,又不能够退化为准静态解.因此,有必要引入新的本构模型来重新研究裂纹尖端场.作者采用弹粘塑性模型,对Ⅰ型扩展裂纹尖端场的渐近问题进行了研究,给出了平面应变情况下的本构方程.位移、应变、应力被用幂级数展开,因此揭示了场的渐近特性.由于粘性的引入,消除了塑性激波,而且当表征裂纹扩展速度的马赫数M→0时,动态解可以退化为准静态解,从而证明了准静态扩展解是动态解的特殊情况,使二者统一了起来.     

I型动态扩展裂纹尖端场的渐近方程

由于准静态扩展裂纹存在着许多矛盾,而动态解当马赫数Ｍ→０时,又不能够退化为准静态解。因此,有必要引入新的本构模型来重新研究裂纹尖端扬。作者采用弹粘塑性模型,对Ｉ型扩展裂纹尖端场的渐近问题进行了研究,给出了平面应变情况下的本构方程。位移,应变,应力被用幂级数展开,因此揭示了场的渐近特性。由于粘性的引入,消除了塑性激波,而且当表征裂纹扩展速度的马赫数Ｍ→０时,动态解可以退化为准静态解,从而证明了准静态     

压力敏感性材料准静态扩展裂纹尖端场

为了研究压力敏感性材料的准静态扩展裂纹尖端场,建立了压力敏感性材料准静态扩展裂纹的力学模型.在稳态扩展阶段,应力和应变具有相同的奇异量级,即(σ,ε)∝r-1/(n-1).引入Airy应力函数,通过渐近分析得出了裂纹尖端应力和应变的分离变量形式的渐近解,并采用双参数打靶法求得了裂纹尖端应力和应变的数值结果.数值计算结果表明,裂尖场主要受材料的泊松比v,和幂硬化指数n的控制.通过对裂纹尖端场的渐近分析,从应变角度出发,提出了压力敏感性材料准静态扩展裂纹的断裂判据.     

幂硬化材料中扩展裂纹尖端场的弹粘塑性分析

采用弹粘塑性力学模型,对扩展裂纹尖端的应力和应变场进行了渐近分析.假定应力和应变都具有r-δ(0<δ<1/2)的奇异性,推导出一种率敏感型的本构关系.通过量级分析,讨论了弹性、塑性及粘性三者的匹配条件.对Ⅲ型裂纹进行了具体的分析和计算,讨论了解的性质随各材料参数的变化规律.通过对动态解与准静态解的比较,表明了两者的统一性.当硬化系数为零时,本文的解便退化为Hui和Riedel的粘弹性解.     

蠕变材料Ⅲ型准静态扩展裂纹尖场构造分析

采用弹粘塑性力学模型,对蠕变材料中Ⅲ型准静态扩展裂纹尖端场进行了渐近分析.在线性硬化条件下,裂纹尖端的应力和应变场具有相同的幂奇异性,奇异性指数由材料的粘性系数唯一确定.数值计算结果表明,材料的硬化系数主导裂尖场的分区构造,但二次塑性区对裂尖场的影响较小.材料的粘性主导裂纹尖端应力和应变场的强度,同时对裂尖场的构造有一定影响.当硬化系数为零时,裂尖场退化为粘弹性-理想塑性解.     

蠕变材料Ⅲ型准静态扩展裂纹尖端场构造分析

采用弹粘塑性力学模型,对蠕变材料中Ⅲ型准静态扩展裂纹尖端场进行了渐近分析.在线性硬化条件下,裂纹尖端的应力和应变场具有相同的幂奇异性,奇异性指数由材料的粘性系数唯一确定.数值计算结果表明,材料的硬化系数主导裂尖场的分区构造,但二次塑性区对裂尖场的影响较小.材料的粘性主导裂纹尖端应力和应变场的强度,同时对裂尖场的构造有一定影响.当硬化系数为零时,裂尖场退化为粘弹性-理想塑性解.     

幂硬化粘塑性材料动态扩展裂纹尖端的渐近解

采用弹性-粘塑性本构模型,对幂硬化粘塑性介质中反平面剪切动态扩展裂纹尖端的应力、应变场进行了渐近分析,给出了反平面剪切动态扩展裂纹尖端场的渐近方程.分析结果表明,在裂纹尖端应力具有(In(R/r))~(1/(n-1))的奇异性,应变具有(In(R/r))~(n/(n-1))的奇异性.从而本文揭示了幂硬化粘塑性材料反平面剪切动态扩展裂纹尖端场的渐近行为.     

率敏感材料Ⅰ型准静态扩展裂纹尖端的弹黏塑性分析

采用率敏感型本构关系,对不可压缩材料平面应变Ⅰ型准静态扩展裂纹的尖端场进行了渐近分析.引入Airy应力函数,求出了裂纹尖端应力和应变场的控制方程.并对其作渐近分析,推导出了该模型下的本构方程.选取适当的特征参数,给出了边界条件,对控制方程通过双参数打靶进行了数值计算,求得了裂纹尖端的应力应变场.计算结果表明,裂纹尖端的应力和应变均具有r-δ的奇异性,整个裂纹尖端场是由黏塑性区控制,不存在弹性卸载区.     

一类弹粘塑性材料II型扩展裂纹的尖端场

为了研究粘性效应作用下的II型扩展裂纹尖端场,假设扩展裂纹尖端的粘性系数与塑性应变率的幂次成反比,通过量级匹配表明应力和应变均具有幂奇异性,奇异性指数由粘性系数中等效塑性应变率的幂指数唯一确定.引入Airy应力函数,求出了裂纹尖端应力和应变场的控制方程.选取适当的特征参数,给出了边界条件,对控制方程通过双参数打靶,进行了数值计算,求得了裂纹尖端的应力应变场.分析与计算结果表明粘性效应是裂纹尖端场的一个重要因素.     

扩展裂纹尖端的弹—粘塑性场

弹性 -粘塑性模型对反平面剪切扩展裂纹尖端的应力应变场进行了分析 .文中给出了适当的位移模式 ,推导了渐近方程 ,并且给出了数值结果 .分析和计算表明对于低粘性情况应变场具有对数奇异性 .结果揭示了粘性对裂纹尖端场的作用     

双材料界面Ⅱ型扩展裂纹尖端的弹粘塑性场

双材料界面中材料粘性效应的存在,粘性效应对界面裂纹尖端场的分布和对界面本身性能的变化起着重要的影响.考虑裂纹尖端的奇异性,建立了双材料界面扩展裂纹尖端的弹粘塑性控制方程.引入界面裂纹尖端的位移势函数和边界条件,对刚性——弹粘塑性界面Ⅱ型界面裂纹进行了数值分析,求得了界面裂纹尖端应力应变场,并讨论了界面裂纹尖端场随各影响参数的变化规律.计算结果表明,粘性效应是研究界面扩展裂纹尖端场时的一个主要因素,界面裂纹尖端为弹粘性场,其场受材料的粘性系数、马赫数和奇异性指数控制.     

幂软化材料动态裂纹尖端的弹塑性场

采用塑性动力学方程,对应变损伤材料平而应力动态裂纹尖端场进行了渐近分析。假定材料服从J_2流动理论,且损伤规律以幂律应变软化的规律给出,其结果表明:在裂纹尖端附近,应力和应变分别具有如下的奇异性:σ/(1n R/r)~(-n/n+1),∈～(1n R/r)~(1/n+1),并且通过数值计算给出了裂纹尖端附近的应力分布。而对于n=1情况下,即损伤规律服从反比例关系,本文对平面应变问题和Ⅲ型反平面剪切问题进行了研究。给出了动态弹塑性场的渐近解,揭示了场的渐近特性。     

裂纹动态扩展的边界元模拟

采用时域边界元法对动态载荷作用下材料中裂纹的快速扩展过程进行数值模拟.计算中,裂纹动态扩展方向根据最大周向应力准则确定,扩展瞬时速度基于二分法迭代确定.在每个扩展时间步,通过在运动裂尖添加新的裂纹单元来模拟裂纹扩展.算例与实验及数值结果进行对比,验证了该方法的准确性.     

关于任意层状介质中运动裂纹问题的研究

本文讨论了裂纹在任意层状介质中快速扩展的平面直变问题。应用积分变换方法建立了问题的控制积分方程。采用路径积分技术给出了层状介质平面弹性动力学问题的时间—空间域基本解,以封闭形式给出了层状介质中运动裂纹问题的第二类奇异积分方程组。得到了快速扩展裂纹的动态应力强度因子。     

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.     

热载荷作用下含裂纹功能梯度板的有限元分析

为深入理解功能梯度材料的热断裂行为,研究了热载荷作用下任意热机械属性功能梯度材料板的裂纹尖端特性.利用解析方法推导了不含裂纹功能梯度板的温度场和热应力场,根据叠加法,把热应力场转化为裂纹表面载荷,采用基于非均匀单元的有限元方法计算分析了稳态热载荷下功能梯度板的裂纹尖端特性,并针对不同材料热机械属性分布形式,考察了热应力...     

动态断裂问题的塑弹性有限差分分析

本文介绍了二维裂纹弹塑性体的动力学基本方程,它考虑了惯性项的影响。文中应用有限差分法,对平面单边侧裂纹试样的裂纹扩展时其周围的位移场和应力场进行了计算,并分析了材料塑性和裂纹扩展速度对裂纹周围位移场和应力场的影响。