应变损伤材料Ⅲ型动态扩展裂纹尖端的弹塑性场

采用应变损伤模型,对应变损伤材料Ⅲ型动态扩展裂纹尖端的弹塑性场进行了研究。在假定材料服从J_2流动理论的前提下,应用应变弱化形式给出了近似损伤结果,推导了反平面剪切情况下的本构方程,并且给出了Ⅲ型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,应变具有(1n R/r)~δ奇异性,应力具有(1n R/r)~(-nδ)奇异性。从而揭示了应变损伤材料Ⅲ型动态扩展裂纹尖端场的渐近行为。     

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.     

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.     

刚性-黏弹性材料界面Ⅱ型动态扩展裂纹的尖端场

裂纹尖端渐近场的研究是断裂力学研究的重要课题之一．为了研究黏性效应作用下的界面动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了刚性-粘弹性材料界面Ⅱ型动态扩展裂纹的力学模型;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,即(σ,ε）∝ -1/r(n-1)．结合运动和协调方程,推导出黏弹性材料动态扩展裂尖场的控制方程．根据问题的边界条件和连续条件,通过数值计算,得到了裂纹尖端连续的分离变量形式的应力、应变和位移场．数值计算表明,裂纹尖端场主要受材料的蠕变指数n和马赫数M的控制,这为解决工程实践中所遇到的相应的问题和建立材料的破坏准则提供理论参考．     

粘弹性材料中动态扩展裂纹尖端场的分析

为了研究粘性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了粘弹性材料动态扩展裂纹的力学模型.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,即(σ,ε)∝r-1/(n-1).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控制方程;采用靶法求得了Ⅰ型Ⅱ型动态扩展裂纹尖端的应力、应变的数值解.数值计算表明:裂尖场变化主要受材料的蠕变指数和马赫数的控制.通过对裂纹尖端场的渐近分析,为动态扩展裂纹的断裂判据提供参考依据.     

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.     

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.     

粘塑材料中反平面Ⅲ型动态扩展裂纹尖端的渐近场

采用弹性－粘塑性模型对粘塑材料中反平面Ⅲ型动态扩展裂纹尖端的应力、应变场进行了渐近分析。假定应力有γ＾－δ幂函数奇异性时，得到了裂纹尖端应力、应变场的渐近方程。     

静止裂纹尖端的损伤场：反平面问题

采用新的损伤本构模型和自相似假定，对静止裂尖端应力，应变场进行了渐近分析，在反平面问题中，给出尖端场的构造，在上半平面，场是由一人损伤区和一个弹性构成的，场为单参数场，它由远场外载荷的在小来确定，在损伤区中存在应变的奇异性，对不同材料常数计算应力（应变）分布，揭示了裂纹尖端场的损伤行为。     

粘弹性材料Ⅲ型动态扩展裂纹尖端场

建立了粘弹性材料Ⅲ型动态扩展裂纹的力学模型 ,求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近解 .当粘性幂指数n≤ 3时 ,(σ ,ε) ∝r-1/2 ;当n >3时 ,(σ ,ε) ∝r-1/(n-1) ;当n→∞时 ,应力、应变场的奇异性消失 .裂尖场主要受粘性幂指数n和马赫数M控制 ,当M→ 0时 ,动态解趋于准静态解     

理想可压弹塑性介质中Ⅰ型准静态扩展裂纹端的局部场渐近分析

Gao(1982)和 Drugan(1983)曾分别给出了可压(v<1/2)理想弹塑性介质中Ⅰ型定常扩展裂纹平面应变问题的渐近解,然而高玉臣(1986)又提出 Gao 和 Drugan 给出的结果导致应变率一级渐近协调方程产生矛盾,因此是不恰当的。本文在高玉臣(1986)给出的应力函数渐近展开级数的基础上,给出了不同的渐近解。发现表征材料可压特性的函数 Q 的零级渐近近似值不为零,从而裂纹邻域局部应力场和应变率场与 Gao 和 Dru-gan 的结果具有不同的形式。特别地塑性应变率在均匀应力区具有r~(-1)(1nR/r)~(-1)阶奇异性,在中心扇形区有 r~(-1)阶奇异性。在整个裂尖邻域应变率具有r~(-1)阶奇异性。本文所给的结果不会导致应变率一级渐近协调方程产生矛盾。     

双理想弹塑性材料静止界面裂纹尖端场的构造

对于面两侧为具有不同屈服强度的理想弹塑性材料，本文给出在平面应变条件下静止界面裂纹尖端应力场的构造。讨论了同一介质内部以及界面两侧的连续条件。在一定条件下，给出应力单参数渐近场解。应力的分布依赖于材料常数Ｅ１，Ｅ２以及材料参数ｍ（ｍ＝Ｋ１／Ｋ２，为屈服强度比）①．关键词：     

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。     

韧性-脆性材料界面上定常扩展裂纹尖端的渐近场:反平面剪切

对韧性-脆性材料界面上定常扩展裂纹尖端的应力、应变进行弹塑性分析,给出了应力、应变和位移的渐近场解.对不同的Mach数以及裂纹尖端混合参数(Near-Tip Mixture Parameter)进行计算,考察这些参数对场的影响,为给出合理的断裂韧性准则提供理论依据.     

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.     

泥岩层滑动的断裂力学模型

在石油工程中,套管剪切损坏的研究是一个重要的问题．泥岩层吸水蠕变产生地层滑动是引起套管损坏发生的主要原因之一．建立一个泥岩地层滑动的断裂力学模型．应用断裂力学理论,给出了界面裂纹尖端附近的应力、应变的渐近场解,讨论了场的奇异性并指出场解无振荡奇异性．理论分析和计算指出材料的幂硬化指数。对界面裂纹尖端应力场有着显著的影响并定量地合理地阐明了套管剪切损坏力学机理．研究的结果为解决套管损坏问题提供了理论上的参考依据．     

缺口件疲劳损伤累积规律的研究

为解决传统疲劳方法对于缺口件疲劳寿命估算不准确的问题,引入疲劳损伤累积的概念.利用有限元分析方法,计算了中心圆孔试件在4种疲劳载荷作用下缺口处的应力-应变响应.采用坐标变换的方法得到缺口处在4种疲劳载荷作用下任意材料平面上的应力、应变分量.选取6种损伤参量进行研究,计算得到6种损伤参量随截面位置的变化情况,进而可以确定最大疲劳损伤.为了获得6种损伤模型的累积规律,计算在不同循环内的最大累积损伤,进而获得最大疲劳累积损伤与循环次数的关系.结果表明:中心圆孔缺口件在4种疲劳载荷作用下6种损伤模型的累积规律都为线性.以该结论为基础可估算缺口件的疲劳寿命.     

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.