粘弹塑性界面的断裂特性

研究张开型粘弹塑性界面断裂。用傅立叶正、余弦变换及逐段定积分变换方法将边值问题的控制方程化为奇异积分方程组。解方程后计算了裂纹尖端塑性区尺寸及裂纹尖端张开位移(COD：crack—tip opening displacement)，并给出了能量释放率算式。结果表明，裂纹尖端塑性区尺寸和COD均随两种材料的最小屈服极限的增加而减小；随时间的增大，COD先增长后衰减，最后渐近地逼近于定值。     

边裂纹板条D-M模型的边界积分方程解

本文为边裂纹板条提供了一种较为精确的解法——边界积分方程法(或边界元法)。文中推导了边裂纹板条D-M模型的塑性区尺寸、裂纹尖端张开位移及裂纹前缘应力分布的理论计算公式,并将数值结果与Chell的格林函数解和Petroski的权函数解进行了比较。结果表明,在中小屈服范围内,三者基本是吻合的。 本文提供的边界积分方程法计算机程序,可较精确地用于各种结构的边裂纹或长表面裂纹的弹塑性分析及裂纹尖端张开位移的计算,从而可对这些结构进行断裂分析。     

动态裂纹尖端塑性区的解析解

基于动态裂纹尖端应力场方程和Hill屈服准则,确定裂纹尖端塑性区的表达式,给出平面应力条件下Ⅰ/Ⅱ复合型动态裂纹尖端塑性区的解析解,分析了不同裂纹扩展速度下裂纹尖端塑性区的形状和大小.结果表明,Hill准则适用于正交异性材料和各向同性材料裂纹尖端塑性区的估算;裂纹扩展速度越快,裂纹尖端塑性区的范围越大,裂纹尖端塑性区的形状变化越大;Ⅰ型裂纹和Ⅱ型裂纹尖端塑性区的形状关于裂纹面对称;复合型裂纹尖端塑性区的范围和形状与m有关;对于同型裂纹,与正交异性材料相比,各向同性材料裂纹尖端塑性区的范围较大.     

正交各向异性单向复合材料裂纹尖端塑性区求解

基于复合材料力学基本理论,推导了Tsai-Hill准则、Hoffman准则和Tsai-Wu准则在平面问题下的一般表达式,在平面应力和应变状态下,得到复合材料中心裂纹板裂纹尖端塑性区的解析解.结果表明,基于Tsai-Wu准则得到的Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹裂尖塑性区范围最小.平面应变状态下的裂尖塑性区范围小于平面应力状态下的裂尖塑性区范围.裂纹倾角β对复合材料裂尖塑性区范围和形状有明显影响,不同值得到的塑性区结果差别很大.不论是平面应力还是平面应变条件,裂纹尖端塑性区域都随着裂纹倾角的增大而增大.     

基于裂尖塑性区的复合材料复合型裂纹断裂准则

基于Tsai-Hill强度理论,在平面应力条件下,推导了复合材料Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹塑性区尺寸表达式,分析了裂纹扩展方向与裂纹尖端塑性区的关系,推广并证明了R准则在复合材料裂纹扩展方向预测中的适用性.数值算例分析了不同纤维方向和裂纹倾斜角对复合材料复合型裂纹开裂角的影响.结果表明,R准则是一个通用的断裂准则,适用于预测各向同性材料和复合材料各种裂纹的扩展方向;纤维方向和裂纹倾斜角对断裂角的影响较明显,可能是导致复合材料复杂断裂机理的原因之一.     

基于量纲分析的弹塑性应力强度因子探讨

以Ⅲ型裂纹(反平面剪切)问题为例，对裂纹尖端弹塑性应力场进行了分析研究。首先，基于断裂力学基本理论，引入弹塑性本构关系，推导弹塑性裂纹尖端场；其次，依据线弹性场中应力强度因子的定义和基于J-积分的弹塑性裂纹尖端应力场的分布，并结合物理意义，定义了与线弹性场应力强度因子一致的弹塑性应力强度因子，来表征弹塑性裂纹尖端应力场的强度；最后，对本文所定义的弹塑性应力强度因子进行了合理性分析，说明了本文定义的适用性。本文所定义的弹塑性应力强度因子，相比于表征弹塑性场的J-积分，具有更明确的物理意义和更简明的表达形式；为弹塑性裂纹尖端场的分析和含裂纹材料弹塑性破坏判据的建立提供了理论方法。另外，本文方式也适合于定义Ⅰ型和Ⅱ型问题。     

金属构件疲劳微裂纹非线性超声检测

通过对固体非线性超声传播模型的研究,分析了裂纹静态压力与超声波作用力对裂纹超声非线性响应的影响,建立了反映裂纹区应力-应变非线性关系的弹性接触机制超声非线性响应模型以及反映裂纹闭合状态转换的碰撞接触机制超声非线性响应模型。通过实验研究发现,裂纹尖端区的二次谐波激发效率与裂纹的开口区和闭合区及裂纹最终扩展的极限长度有关。因此,可使用二次谐波激发效率作为定量表征金属试件疲劳微裂纹缺陷的特征参数,实验中使用了自主研制倍频双晶复合换能器,这种倍频双晶复合换能器在工程实际应用中更为方便、实用。     

固体火箭发动机药柱裂纹的J积分分析

为了探讨某固体火箭发动机药柱纵向裂纹在点火增压时的稳定性,采用三维粘弹性有限元法,在三维J积分圆柱围道曲面内裂纹尖端,构建奇异三维裂纹元,提高模拟精度,分别计算了随裂纹扩展所对应裂纹深度的J积分,并根据J积分随裂纹度变化规律,探讨裂纹的稳定性。研究表明,发动机点火发射时药柱前翼槽出现的纵向裂纹最为危险。     

具裂纹的桁架结构系统静强度可靠性分析

根据具裂纹结构的剩余截面模量和刺余极限应力,分别在屈服与断裂失效条件下建立了元件的安全余量,并以两者串联的失效概率为该元件的失效概率,分析了结构系统的失效过程.算例表明:不同裂纹长度元件的失效形式可不同,结构系统主要失效路径中元件屈服与断裂失效同时存在.认为有裂纹结构的可靠性分析需同时考虑元件的屈服与断裂失效.     

粘弹性应变能释放率的虚拟网格计算方法

应变能释放率是粘弹性裂纹扩展判断的重要依据。为了解决低质量网格条件下的高精度粘弹性应变能释放率的数值计算问题,提出了裂纹尖端虚拟网格方法。在原始网格位移场基础上通过插值手段获得虚拟网格位移场、应力及应变场分布;基于虚拟网格信息并结合虚拟裂纹闭合方法,开展应变能释放率的数值计算。虚拟网格方法在应对裂纹扩展过程中任意复杂网格形式的同时,不再需要对原始裂纹尖端进行精细网格划分。两种典型断裂模式下的算例仿真结果表明,全积分形式的虚拟网格方法可以实现低泊松比条件下应变能释放率的高精度数值计算,相对误差均在5%以内。为了应对高泊松比下的断裂问题,设计了虚拟网格方法的缩减积分方案;缩减积分方案下的应变能释放率相对误差在1%左右,计算精度较全积分方案大幅提高。     

双材料含桥联力Dugdale-Barenblatt模型的解析奇异单元

利用辛体系所提供的双材料楔形结合平面问题的解析辛本征展开通解与特解,构造出具有任意高阶精度的可用于双材料含桥联力Ⅰ型Dugdale-Barenblatt (D-B)模型界面裂纹分析的一类解析奇异单元.将奇异单元与常规单元相结合,就可有效地分析具有任意形状和荷载作用的含界面裂纹平面问题,并能方便地求解出界面D-B模型的塑...     

纤维增强复合材料的界面裂纹分析

用界面裂纹接触区模型模拟界面缺陷，分析了碳纤维增强碳化硅复合材料界面裂纹尖端应力场的奇异性。由数值求解方法推导得出，减小界面缺陷尺寸或增加纤维与基体的弹性模量比，可以使该复合材料剪应力强度因子的水平值明显提高。实验结果证明了理论推导的正确性。     

8090铝锂合金疲劳裂纹扩展行为与裂纹闭合效应

采用CT试样研究了8090铝锂合金疲劳裂纹扩展行为与裂纹闭合效应。根据da/dN、k_(op)、⊿k_((?)ff)、⊿k_((?)ff)/⊿k与⊿k的关系,提出了裂纹扩展机制,发现在不同阶段裂纹扩展行为的差异系因闭合效应的变化,裂尖后方的闭合长度对裂纹扩展行为有重大影响。     

固体火箭发动机界面脱粘裂纹分析

使用有限元法,在裂纹尖端周围布置有限奇异裂纹单元以模拟裂纹尖端附近的奇异性。针对轴对称发动机头部的界面脱粘裂纹,计算了点火内压作用下,发动机衬层/药柱、壳体/绝热层界面不同深度脱粘裂纹尖端的应力强度因子,指出应力强度因子随裂纹深度的发展规律。结果表明,当裂纹深度较小时,衬层/药柱界面处于闭合状态,应力强度因子几乎不发生变化,随着裂纹深度的增加,裂纹呈张开状态,裂纹尖端的应力强度因子不断增大;壳体/绝热层界面裂纹总是处于张开状态,且应力强度因子随裂纹深度的增加而增大。     

复合固体推进剂裂尖复合型变形场和约束场分析

用有限元法分析了不同Ⅰ-Ⅱ复合型裂端的变形场和约束场（裂端形状改变能和应力三维度水平Rσ）分布。结果表明：复合型裂端变形为不对称的相反变形,符合钝化-锐化模型。Ⅰ-Ⅱ复合加载时裂纹尖端出现负约束区域（该区Rσ〈0）,当Ⅱ型分量增加,负约束区域增大,最大约束水平Rσmax降低,且绕裂纹尖端顺时针转动。Rσmax出现距裂纹尖端有一定距离处。Ⅰ-Ⅱ复合载荷下偏离原裂纹方向的裂纹在钝化区内某处危险点开始萌生,并与应力三维度最大位置处产生的空穴或孔洞聚合向前扩展。     

边界元法计算厚板表面裂纹问题的应力强度因子

建立了一种能反映裂纹尖端应力、应变奇异性的三维等参奇性边界元，应用边界元分析方法求得了具有半椭圆形和半圆形表面裂纹厚板的应力强度因子。结果表明，采用这种计算方法得到了满意的计算效果。     

基于傅立叶平均法下的连续小推力动力学分析

通过将小推力展开为偏近点角的傅立叶级数,并对高斯摄动方程在一个轨道周期上的平均,将原方程的推力转化为仅由14个傅立叶系数表示的控制变量。仿真计算表明,平均化后的高斯方程使计算量与牛顿积分相比显著减少,且对小推力而言有足够的精度。对利用平均化后的高斯方程计算轨道根数时产生误差的原因进行了研究,并进一步分析小推力的范围和小推力近似表达式对上述误差的影响,为今后小推力下非开普勒轨道动力学分析提供了理论依据和参数。