功能梯度压电材料反平面断裂问题研究

基于三维弹性理论和压电理论，导出了材料系统在横观各向同性平面内梯度分布的压电体的状态方程；进而对材料系数按指数函数规律分布的半无限大压电体中的反平面裂纹问题进行了求解；利用Fourier变换给出了半无限大压电体中位移、应力的形式解；并求得了裂纹尖端的应力强度因子及电位移强度因子，分析了不同材料系数及几何因素对它们的影响。     

实心/空心杆结构的损伤容限与疲劳寿命估算

对飞机辅助动力装置的支撑杆(实心和空心)的损伤容限进行了研究.该研究探索一旦支撑杆损伤出现微小裂纹,飞机是否还能够安全着陆.首先,计算了两种可能用作支杆结构的裂纹应力强度因子KI,并提出了等应力强度因子的计算模型iso-KI,该模型避免使用材料参数,采用有限元法计算裂纹.然后,将问题进行了参数化,对于不同的材料、内外径比(Din/Dout)及外部裂纹扩展角(θ),得到了通用的应力强度因子KI与裂纹尺寸的关系.最后,用面向对象编程方法,将计算结果集成到程序中,在有统计载荷谱的情况下,可以估算出支撑杆的损伤容限寿命.     

块谱特征和疲劳裂纹的随机扩展

定义了疲劳载荷谱的两个特征参数：块谱强度和形状因子，由此去描述载荷谱的特征，并研究了特征参数和疲劳裂纹扩展之间的关系。分析结果表明：块谱强度是疲劳裂纹扩展的平均驱动力，而形状因子是给定疲劳寿命下裂纹尺寸方差的主要来源。     

远场应变法测量应力强度因子

本文给出一种将常规电阻应变片贴在距裂纹尖端较远处测量Ⅰ型裂纹应力强度因子K_1的方法。此法实际上是一种实验法与数值法相结合的方法。用实验法测出应变,应变又可以用含待定系数的Williams级数表示,它们组成一组线性代数方程组。解此方程组,可获得待定系数,由待定系数与应力强度因子的已知关系,可求出K_1。 远场应变测量法,避开了裂纹尖端邻域应变梯度很大的区域和可能的塑性区,因而应变测量比较准确。 测出的应变输入数据处理设备及计算机就可以快速实时地知道含裂纹结构在承载情况的K_1,便于进行破坏控制,使设备安全而可靠的工作。     

含多部位损伤搭接结构应力强度因子三维有限元分析

应力强度因子(Stress intensity factor,SIF)分析是含多部位损伤(Multiple site damage,MSD)结构剩余强度和裂纹扩展寿命预测的基础和关键。考虑接触与摩擦,建立了含MSD搭接结构的三维有限元模型,研究了不同裂纹长度、铆钉类型以及损伤模式下裂纹尖端SIF分布情况和变化规律。结果表明,搭接件孔边裂纹Ⅰ型SIF起主导作用,Ⅱ型和Ⅲ型SIF可忽略不计。由于次弯曲、铆钉变形和板厚度等因素,SIF在外表面最小,接触面一侧较大,最大值多位于蒙皮内部。MSD会使裂纹间的干涉作用增强,SIF增大,且裂纹间距离越近干涉作用越强。裂纹长度相同时,埋头铆钉的孔边裂纹SIF积分均值大于平头铆钉,且接触面的SIF埋头铆钉大于平头铆钉,外表面则相反。     

压电陶瓷柱体中裂纹前缘场分析

为了揭示含裂纹的压电陶瓷介质在机械载荷作用下裂纹前缘的力学和电学的奇异行为,以一承受扭矩的压电陶瓷柱体为例,求得了其中所含的圆币形裂纹前缘的应力场和电场移场。     

半椭圆表面裂纹张开位移的一种近似法

由于表面裂纹的应力强度因子的精确解很难得到,本文提出了半椭圆表面裂纹的应力强度因子的一种新求解方法,并尝试在欧文近似算法基础上用有限元算法来试解此类问题;研究了不同载荷下表面裂纹应力强度应子与埋藏裂纹应力强度因子比值的变化及与欧文比例系数进行了比较,验证了本文近似算法的有效性,为工程计算提供了参考依据。     

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。     

带压电层功能梯度复合材料混合层合板的自由振动和动力响应

基于Reddy高阶剪切变形理论和广义Krmn型方程,用双重Fourier级数展开法求得了四边简支带压电层功能梯度复合材料混合层合板的自由振动及动力响应的解析解,分析中考虑了组分材料热物参数对温度变化的依赖性,讨论了材料组分指数、温度变化和控制电压对固有频率及动力响应的影响。     

基于三阶剪切变形理论功能梯度夹层输流圆柱壳的振动与稳定性研究

研究了功能梯度夹层圆柱壳输送流体时的振动与稳定性.使用Navier?Stokes方程推导得出作用在功能梯度夹层圆柱壳上的流体动压力.基于三阶剪切变形壳理论,利用哈密顿原理推导得出输流功能梯度夹层圆柱壳的控制方程.本文结果与已有结果的对比研究检验了本文方法的有效性.结果表明:输流功能梯度夹层圆柱壳的固有频率随着芯厚比和幂...     

浅表裂痕对压电陶瓷振子工作性能的影响

压电陶瓷振子是应用相当广泛的电子无件,本文分析了逆电效应下携有表面浅裂痕扭转振子,得到了裂痕前缘的奇异电位移场和应力场的解析结果。并着重讨论了裂痕前缘电荷奇异增强对压电元件工作性能的影响。指出了提高压电元件表面加工精度的重要意义。     

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。     

非线性断裂力学的一个精确解

对含中心裂纹的无限大板在裂纹表面受均匀分布压力作用的情况,导出了几何非线性弹性断裂力学的能量释放率的一个精确表达式。分析方法的依据是采用逐步增量加载的椭圆孔洞的线弹性解和利用了椭圆孔洞表面受垂直于长轴方向的均布外力作用变形后仍是椭圆这一特点。解答与线弹性的能量释放率进行了比较。定量地证明,采用线弹性断裂力学的方法解答几何非线性断裂问题在通常的工作应力范围精度是足够的。     

MSD对老旧飞机搭接结构完整性的影响

利用FRANC2D/L对含MSD某型飞机机翼蒙皮搭接接头进行了有限元分析,得到了不同分布钉载下MSD裂纹应力强度因子(SIF)随裂纹扩展历程变化的计算曲线,和已有的文献比较表明,本文数值结果精确,方法可靠。计算结果表明,孔壁受载方式对SIF影响不大,但对MSD裂纹扩展方向有明显的影响;相对于均匀分布和集中力,二次分布的钉载更接近于实际的孔壁受载方式,且在计算时,应考虑其它排钉孔的受载。最后探讨了基于力学的评估含MSD搭接结构完整性的方法。     

含压电传感器和驱动器的复合材料中厚板有限元分析

基于变分原理和一阶剪切理论，本建立了一种新的机电耦合矩形有限单元．该单元具有四个节点20个位移自由度．电自由度为单元中的压电铺层层数。通过静态控制方程推得的旋转位移表达式中含有横向位移的三次导数．从而该单元不仅能分析薄板的变形．而且还能分析中厚板在电载荷和外力载荷作用下的变形。然后．根据所建立的有限单元．结合相关方程．编写了有限元分析程序并对一些算例进行了数值模拟．通过将所得结果与有关献的结果进行对比．验证了本单元的有效性。最后对压电非均衡复合材料在电载荷作用下的变形进行了分析。结果表明．当复合材料中正的铺层角和对应的负铺层角的厚度比改变时。在相同电载荷作用下对结构的变形有较大的影响。     

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。