论承压裂纹杆的断裂

本文对非线性弹性断裂力学范畴的承压裂纹杆的断裂问题进行了讨论。失稳后的弹性线采用精确的曲率微分方程式。计算了两种裂纹杆失稳后的应变能释放率与形式的“应力强度因子H”,并绘有曲线便于迅速查阅。     

基于DNA弹性细杆模型的Euler-Lagrange方程

采用了分析力学的方法,基于最小势能原理,DNA弹性曲杆的Euler-Lagrange方程组,运用弹性细杆模型拟合了A-,B-,Z-DNA的r-h曲线,讨论了弹性细杆模型描述3种DNA几何构型的可行性。与实验数据对比发现,通过计算,给定合适的曲率κ、挠率τ、扭转角χ,圆截面弹性细杆模型可以用来描述A-,B-DNA的几何构型;当椭圆截面的长宽比k=0.141时,采用椭圆截面弹性细杆模型拟合Z-DNA的r_0-h曲线与实验结果相一致。此研究内容有望为DNA分子构型的研究与探索提供参考。     

具有两条裂纹的转轴刚度特性分析及应用

基于断裂力学理论,采用应变能释放率的方法得到具有两条裂纹的转轴在受到两垂直剪力作用下的附加柔度矩阵和刚度矩阵,分析了转轴上裂纹的张开程度、裂纹深度、裂纹夹角等参数的变化对其在两剪力方向上的刚度及耦合刚度的影响。以具有两条不同裂纹夹角的转子系统为例,介绍了转轴刚度矩阵在裂纹转子故障诊断上的应用。研究结果表明:采用该方法得到的不同裂纹参数下的转轴刚度矩阵精度较高,将其应用到转子的故障诊断中可以清晰的反映出转子的故障特征,从而有效的实现转子裂纹故障诊断。     

斜裂纹转子全开状态的刚度影响因素分析

基于材料力学和断裂力学理论,采用应变能释放率的方法推导出斜裂纹轴在轴向力、弯矩和扭矩的共同作用下的刚度矩阵,在裂纹完全张开的静态情况下,讨论了裂纹倾角、裂纹深度和轴细长比等参数对转轴刚度的影响。研究表明,在裂纹完全张开的静态情况下,裂纹的切向和法向的刚度随着裂纹倾角的减小而增大;裂纹深度的增大使裂纹轴的刚度变化增大;在裂纹轴稳态旋转的周期内,裂纹轴的刚度不是随着裂纹深度增加而一直减小的,而是具有一定的呼吸特性,上下波动,且很容易引起耦合振动,从而使转轴的动力特性更加复杂。     

基于ABAQUS的渐开线齿轮齿根裂纹扩展仿真

齿轮在传动过程中经常发生断裂,严重影响了齿轮的使用。本文研究了齿轮齿根裂纹扩展特性,为齿轮安全设计打下基础。通过Pro/E参数化建模建立一对啮合渐开线齿轮,加载一定载荷后通过分析得到最大应力区域、假定裂纹源头和初始裂纹方向;在应力强度因子的计算过程中,从线弹性断裂力学角度出发,应用ABAQUS软件计算得到裂纹尖端应力强度因子;根据最大周向应力法,计算了裂纹失稳后的扩展角,并在ABAQUS中分步模拟了裂纹的扩展趋势;当kI值发生突变后,裂纹迅速扩展以致轮齿断裂。     

功能梯度压电夹层板条中的反平面裂纹问题

本文研究了夹在两个均匀压电材料半空间中功能梯度压电板条内的反平面裂纹问题。假设功能梯度压电夹层板条的材料参数沿厚度方向连续变化,并考虑裂纹面上电绝缘型和电渗透型两种边界条件。利用Fourier变换,首先将混合边值问题转化为对偶积分方程,即而归结为求解第二类Fredholm积分方程。通过数值计算,求得了功能梯度压电夹层板条内反平面裂纹的应力强度因子、电位移强度因子和能量释放率,分析了材料物性参数梯度、几何尺寸和载荷条件对它们的影响。     

几种断裂准则在单向玻璃布/聚酯层压板中的应用

该文采用应力强度因子准则、能量释放率准则、J积分、非线性能量释放率和断裂功,研究了单向玻璃布/聚酯层压板的断裂问题(层压板的铺设方向为90°,±60°,±45°,±30°,0°)。指出了上述几种断裂准则的适用范围及它们之间的关系。     

疲劳S-N曲线预测的三维断裂力学方法

根据旋转弯典圆棒疲劳断口分析,给出了裂纹几何参量及应用强度因子随裂纹扩展的变化规律,采用考虑三维应力约束效应的断裂力学理论及常幅载荷下材料的疲劳裂纹扩展da/dN-ΔK曲线,得到了独立于试件几何形状和应力比的材料da/dN-ΔKeff基准数据,结合断口分析所得的应力强度因子以及材料da/dN-Δkeff数据,以三种旋转弯曲圆棒S－N（应力－疲劳寿命）曲线进行了预测,结果表明,本文预测的疲劳S－N曲线和试验的结果较为吻合,本文的S－N曲线断裂力学预测方法对确定结构全寿命具有实际指导意义,同时也揭示了发展疲劳断裂统一理论的可行性。     

纳观尺度下非线性断裂问题的原子J积分方法研究

在宏观尺度非线性断裂力学研究中，J积分是一个至关重要的参数，表征了裂尖奇异应力场的强度。然而，当材料尺寸减小至纳观尺度时，已有研究表明连续介质断裂力学框架下的J积分准则将不再适用。在此前提下诞生了原子J积分的概念。通过考虑纳观尺度下的裂纹面非零应力，本文建立了含裂纹面线积分项的等效区域积分形式原子J积分公式。通过引入分子静力学模拟，本文在J积分计算中使用了原子结构的真实应力场和位移场，并采用新的积分方案以解决离散非均匀应变系统位移梯度的定义问题。一系列算例证明了原子J积分方法在连续介质断裂力学已发生失效的极小尺度下仍具有有效性。     

含椭圆夹杂或裂纹的圆柱扭转问题研究（英文）

基于复势函数理论,提出了一种简明的方法来研究含多个椭圆夹杂或裂纹圆柱体的Saint-Venant扭转问题。首先,应用Faber级数展开,导出了具有N个椭圆夹杂圆柱体的复势函数表达,然后计算圆柱体内部的切应力和扭转刚度。当椭圆夹杂退化为裂纹时,获得裂纹尖端应力强度因子解。最后,通过数值算例与已有文献结果对比验证了本文方法的正确性,并进一步讨论了几何参数、不同软硬夹杂相对基体的剪切模量比和椭圆夹杂或裂纹的阵列形式对局部应力场的影响。通过数值分析表明本文方法具有精度高、收敛性好等优点。     

双悬臂梁试样能量释放率计算的新方法

基于一阶剪切变形层板理论，提出了一种适用于双悬臂梁试样能量释放率计算的可动边界变分方法解，分层前缘各点的能量释放率为剪力和挠度偏导数之乘积。该方法有较高的计算效率。通过与二维和三维有限元方法的计算比较，验证了本方法的正确性。     

最小二乘和奇异值分解法在边界元法中的应用

采用最小二乘与奇异值分解结合的方法，给出求解系数矩阵不满秩的线性代数方程组的数值方法，进而将此方法应用于边界无法中，处理给定外力的第一边值问题，特别地用于处理给定外力的三维裂纹问题。此外，本文还给出求解三维有限体裂纹问题的超奇异积分方程组，并使用有限部积分与边界元法为其建立了数值法。最后计算了若于典型例子的应力强度因子，数值结果与现有文献的相比，符合很好。     

弹性转动约束复合材料层合板的弯曲

本文运用Ｒｅｄｄｙ＾［１］的高阶位移模式剪切变形理论，得出了具有弹性转动约束边界条件的正交对称铺设层合板的弯曲解。利用稀疏矩阵技术求解大型稀疏线性方程组。同三维弹性理论解相比，本方法所产生的误差很小。     

基于电饱和模型的裂纹端部应力场分析

在非线性电弹性理论构架内,采用电饱和条带模型和复变函数方法,探讨了远场均匀载荷作用下无限大压电介质中裂尖附近的应力场,主要关注裂尖附近的应力场。所得解表明,裂尖附近任意一点处的各规格化应力分量均仅由这一点的角度决定,而与该点到坐标原点的距离无关。最后,基于PZT-5H的数值结果对其裂尖附近各面内的应力分量进行了分析,与相关研究结果比较,本文方法得到的解是有效的。     

Exact 3D Thermoelastic Solutions for a Penny-Shaped Crack in an Infinite Magnetoelectric Medium

Exact solutions of three-dimensional （3D） crack problems are much less in number than those of two-di- mensional ones, especially for multi-field coupling media exhibiting a certain kind of material anisotropy. An exact 3D thermoelastic solution has been reported for a uniformly heated penny-shaped crack in an infinite magnetoelec- tric space, with impermeable electromagnetic conditions assumed on the crack faces. Exact 3D solutions for the penny-shaped crack subjected to uniform or point temperature load are further presented here when the crack faces are electrically and magnetically permeable. The solutions, obtained by the potential theory method, are exact in the sense that all field variables are explicitly derived and expressed in terms of elementary functions. Along with the previously reported solution, the limits or bounds of the stress intensity factor at the crack-tip for a practical crack can be identified.     

疲劳裂纹扩展门槛值试验方法的探讨

本文就恒K控制的K梯度法疲劳裂纹扩展门槛值试验的实施方法。从硬件、软件及数值处理等方面进行了探讨,提出了用软、硬件滤波相结合的方法来减小裂纹长度测量值的波动,以提高试验的测量与控制精度。同时讨论了采用通用性较好的能描述全过程的疲劳裂纹扩展速率表达式进行外推估计疲劳门槛值的方法及其实际应用。本文也指出用王永廉提出的表达式将包含有低速扩展段数据点的试验数据进行曲线拟合外推,即能得到实用的门槛值数据,而试验时间比标准试验要少得多。     

Two Degree-of-Freedom Dynamic Theoretical Model on Tile Thermal Protection System

In order to study the dynamic behaviors of the thermal protection system(TPS)and dynamic strength of the strain-isolation-pad(SIP),a two degree-of-freedom dynamic theoretical model is presented under the acoustic excitation and base excitation. The tile and SIP are both considered as the elastic body and simplified as a mass point,a linear spring and a damping element. The theoretical solutions are derived,and the reasonability of theoretical model is verified by comparing the theoretical results with the numerical results. Finally,the influences on the dynamic responses of TPS by the structural damping coefficient of TPS,elasticity modulus and thickness of SIP are analyzed.The results show that the material with higher damping,and SIP with thicker size and lower elastic modulus should be considered to reduce the dynamic responses and intensify the security of TPS. The researches provide a theoretical reference for studying the dynamic behaviors of TPS and the dynamic strength of SIP. Besides,the dynamic theoretical model can be used as a quick analysis tool for analyzing the dynamic responses of TPS during the initial design phase.     

硬化材料反平面应变Ⅲ型裂纹尖端塑性损伤分布

采用一种新的韧性损伤力学模型及非耦合解法，求得了硬化材料反平面应变（Ⅲ型）裂纹尖端损伤区的边界方程和塑性损伤的分布。以ＤＥ３６海洋平台钢及Ｃ－Ｍｎ结构钢为例作了具体分析，得到了一些有意义的结果。