含任意方向裂纹功能梯度材料的应力分析研究

功能梯度材料是在航空航天领域的需求背景下发展起来的,但由于生产技术及工作环境等方面的原因,功能梯度材料内部常常产生各种形式的裂纹并最终导致材料破坏,因此研究含任意方向裂纹功能梯度材料的断裂问题具有重要意义。以含有任意方向裂纹的功能梯度材料为对象,运用积分变换方法,给出了相应材料平面问题的位移场的形式解。通过引入辅助函数并利用相关条件,可将问题转化为求解一组带有Cauchy核的奇异积分方程,继而采用Lobatto-Chebyshev方法对奇异积分方程进行数值求解。最后分析了裂纹方向、材料非均匀指数、载荷条件对混合型应力强度因子的影响。      

功能梯度材料Ⅱ型动态裂纹尖端的焦散线分析

根据功能梯度材料Ⅱ型裂纹在定常扩展速度情况下裂纹尖端离面位移场的平面应力级数解,对材料性能沿裂纹扩展方向的两种不同变化规律进行了分析,分别假设：（1）剪切模量线性变化,密度保持常数;（2）剪切模量和密度指数规律变化。在分析中泊松比保持不变。推导两种变化规律材料Ⅱ型动态裂纹尖端的焦散线方程,对两种材料的焦散线进行数值模拟,并求解应力强度因子与焦散线特征尺寸之间的函数关系,以此为基础分析不同梯度变化规律对材料断裂性能的影响     

功能梯度材料II型动态裂纹尖端的焦散线分析

根据功能梯度材料II型裂纹在定常扩展速度情况下裂纹尖端离面位移场的平面应力级数解,对材料性能沿裂纹扩展方向的两种不同变化规律进行了分析,分别假设:(1)剪切模量线性变化,密度保持常数;(2)剪切模量和密度指数规律变化。在分析中泊松比保持不变。推导两种变化规律材料II型动态裂纹尖端的焦散线方程,对两种材料的焦散线进行数值模拟,并求解应力强度因子与焦散线特征尺寸之间的函数关系,以此为基础分析不同梯度变化规律对材料断裂性能的影响.     

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。     

Cu/WCp叠层功能梯度材料疲劳裂纹扩展速率的数值模拟

本研究基于FRANC2D(Fracture Analysis Code in 2 Dimensions)二维断裂分析有限元软件,并结合大型有限元软件ABAQUS,对Cu/WC_p双层及多层功能梯度材料的疲劳裂纹扩展进行数值模拟研究,控制疲劳裂纹沿不同梯度方向扩展,计算出裂纹扩展中的应力强度因子幅(ΔK),绘制出疲劳裂纹扩展速率曲线,以及裂纹扩展速率和裂尖距界面距离l的关系曲线(da/dN-l),将模拟计算结果与试验结果进行对比分析。研究表明:结合FRANC2D和ABAQUS的数值模拟方法,在比较复杂的叠层功能梯度材料有限元模型建立中具有很大的优势,可以快速地计算功能梯度材料的应力强度因子值;发现材料梯度层间界面的存在以及材料梯度含量的变化,对功能梯度材料裂纹扩展的整个阶段都存在很大影响;梯度层的数量对功能梯度材料的疲劳裂纹扩展速率也有一定影响。     

TiC-Ni系功能梯度材料的断裂力学有限元分析

根据实验结果给出了功能梯度材料热物性参数的估计模型,用有限元素法研究了含有垂直于梯度方向裂纹的功能梯度材料,分别考虑了机械载荷、均匀热载荷以及非均匀热载荷作用下,梯度分布指数对裂纹尖端应力强度因子、应变能密度以及裂纹扩展角的影响。      

梯度涂层材料中裂纹问题的非均匀元分析

本文采用非均匀等参有限元的方法研究了薄膜梯度涂层/均匀基材中的界面裂纹问题,并与双材料界面裂纹情况进行了对比计算。研究表明:在均匀基材上采用梯度涂层,与双材料相比可以有效地降低裂尖场应力强度因子;同时还分析了涂层厚度与梯度参数对界面应力强度因子的影响。结果表明:当薄膜厚度大于或等于裂纹长度时,应力强度因子(K_I、K_Ⅱ)对其尺度的变化显得不敏感;对梯度参数的影响而言,当材料性能曲线的幂指数m大于1时,裂尖场的应力强度因子K_Ⅱ相对K_I很小且基本不随m变化,因此裂尖场与均匀材料情况类似;当m小于1时,应力强度因子K_Ⅱ随m减小而急剧增大,裂尖场由K_I及K_Ⅱ控制,断裂趋于混合型。     

求解双材料界面裂纹应力强度因子的扩展有限元法

基于双材料界面裂纹尖端的基本解,构造扩展有限元法(eXtended Finite Element Methods, XFEM)裂尖单元结点的改进函数。有限元网格剖分不遵从材料界面,考虑3种类型的结点改进函数：弱不连续改进函数、Heaviside改进函数和裂尖改进函数,建立XFEM的位移模式,给出计算双材料界面裂纹应力强度因子(Stress Intensity Factors, SIFs)的相互作用积分方法。数值结果表明：XFEM无需遵从材料界面剖分网格,该文的方法能够准确评价双材料界面裂纹尖端的SIFs。     

梯度功能材料热弹性应力的研究进展

介绍了近年来国外有关梯度功能材料热弹性应力问题的最新研究进展，评述了所采用的研究方法的特点。     

受内压力的功能梯度材料圆筒应力分析

本文在有限元单元内部采用等参变换方法模拟材料特性的梯度变化，提出了适合功能梯度材料应力分析的有限元法，并用该法分析了受内压力的功能梯度材料圆筒应力分布情况。     

加层压电层硬币型裂纹断裂分析

研究粘接着弹性层的压电层内硬币型裂纹的断裂问题。压电层与弹性层均为横观各向同性材料,r轴方向无限长,z轴方向有限厚度。压电层沿z轴方向极化。考虑电不导通裂纹表面条件,利用Hankel积分变换将问题化为求解积分方程组,导出了场强度因子与能量释放率的表达式。给出了数值计算结果,并分析了弹性层厚度对场强度因子与能量释放率的影响。     

A537钢疲劳裂纹扩展单次拉伸超载效应及裂尖形变,裂纹闭合行为

研究了恒定ΔＫ条件下，单次拉伸超载对Ａ５３７钢疲劳裂纹扩展速率的影响，并利用激光散斑技术原位研究超载前后的裂尖应变场，裂纹闭合效应。结果表明：超载后裂纹闭合效应呈增强趋势，裂尖应变呈下降趋势。伸超载有阻滞裂纹扩展的作用。     

双相介质中椭圆孔洞与裂纹对SH波的散射

采用Green函数法和保角映射法解答了双相介质界面附近一个椭圆孔洞和一个裂纹(在同一侧)对SH波的散射问题。沿水平界面将双相介质剖分为一个含椭圆孔和裂纹的半空间以及一个完整的弹性半空间。结合“裂纹切割”法,利用Green函数法构造裂纹,求解出孔洞与裂纹同时存在时的位移和应力表达式。一组未知力系施加在水平界面上,使两部分契合,基于界面连续条件推导出一系列Fredholm积分方程组,从而求出未知力系。最后,给出算例讨论了不同参数对椭圆孔周边动应力集中系数和裂纹尖端动应力强度因子的影响。     

采用无单元法计算含边沿裂纹功能梯度材料板的应力强度因子

本文采用无单元法分析了功能梯度材料的断裂力学问题。无单元法采用基于滑动最小二乘近似的位移插值形式,节点布置变得非常自由。这种插值形式不仅很好地反映了材料变形,而且使得无单元法在分析功能梯度材料时可以方便地采用各个积分点处的材料特性。数值计算结果表明无单元法在分析功能梯度材料力学行为方面具有较高的效率和精度。     

在反平面变形下功能梯度压电板条的应力强度因子分析

利用Fourier变换技术将混合边值问题化为对偶积分方程,求解对偶积分方程得到应力强度因子以及电位移强度因子的表达式。最后通过数值计算讨论了材料参数、载荷条件以及裂纹的几何参数等对功能梯度压电材料中裂纹尖端应力强度因子的影响。     

FATIGUE CRACK GROWTH BEHAVIOUR OF SM45C STEEL UNDER MIXED-MODE I AND II LOADING

The practical applications of studies related to constant amplitude mode I loading are somewhat limited in situations where more than one mode exists. So, criteria, rules and laws for these situations have to be validated with experiments. This paper extends previous results by the authors for mixed-mode I and II fatigue loading. An effective stress intensity factor range which considers crack closure and crack surface interference is described for the analysis of a crack under mixed-mode I and II fatigue loadings, and this factor is assessed from experimental results.     

COMPRESSION FATIGUE CRACK GROWTH BEHAVIOUR OF AN ALUMINIUM ALLOY: EFFECT OF OVERLOADING

Abstract— The behaviour of fatigue cracks in an Al-alloy under cyclic compression, either with or without overloads, was studied. For constant-amplitude compressive cycling, a non-catastrophic (saturation) character of the fatigue crack behaviour was confirmed, with the final depth of a crack depending on the applied load level. Single (tensile or compressive) intermittent overloads were shown to re-activate a previously arrested crack while reversed (tensile—compressive or compressive—tensile) ones were also shown to maintain continual fatigue crack extension under otherwise fully compressive cycling.     

不同热处理的铝合金在应力梯度影响下表面裂纹扩展特性的评价

本文在弹塑性范围中以循环轴向拉压和旋转弯曲负载条件和两种不同热处理的铝合金材料为研究对象,对１型微小裂纹扩展速率统一评价方法进行了研究,虽然在不同材料,不同负载条件下都可以用名义应力　和裂纹长度　评价Ｉ型裂纹扩展特性（　）但其表达式中的系数Ｃ、ｎ随这些试验条件变化而变化。因此,利用材料的循环应力－应变关系（　）,可以用塑性应交代替名义应力统一地评价Ｉ型裂纹扩展特性（　）,而不受负载条件的影响。     

考虑材料的拉压模量不同及应变软化特性的柱形孔扩张问题

建立了拉压模量不同及应变软化特性材料的柱形孔扩张理论.对于岩土类材料,提出用α及β分别作为拉压模量不同和软化特征的控制参数,运用不同模量弹性理论及应力跌落软化模型推导了Tresca和Mohr-Coulomb材料柱形圆孔扩张问题的应力及位移解.分析了不同模量及软化特性材料对柱形孔扩张的影响,结果表明:圆孔极限扩张压力,塑性区的发展规律,应力场,位移场等均随着模量参数α和软化系数β的变化而变化,因此若采用经典的弹性理论及传统的不考虑应变软化来对岩土类的工程材料进行设计计算,必会带来较大的误差.