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动态扩展裂纹尖端场奇异性的研究

裂纹尖端场的研究是断裂力学研究的重要课题之一,它一直被力学工作者所关注。在所有的应力分析问题中,没有哪个问题像裂纹问题那样,受到众多的力学工作者如此持久的关切和进行详尽的分析,也没有哪个问题像裂纹那样,愈分析愈感到问题的复杂和困难。究其原因,裂纹问题与工程结构的破坏紧密相连,强大的工程实际的需要是推动裂纹问题研究的主要动力。工程中许多材料,如聚合物、土壤、金属和岩石等,在某些条件,如高应变率或高温度下,往往同时出现弹性、粘性和塑性的特征,单凭粘弹性力学或塑性理论来讨论裂纹尖端应力、应变和其它物理量并来确定材料参数对裂纹尖端场的影响及材料破坏断裂准则会引起较大的误差。为了能够较好地解决这些实际问题,需要考虑与时间和荷载历程同时相关,具有弹性、粘性和塑性特征的弹粘塑性模型。在扩展裂纹尖端,无论是准静态扩展还是动态扩展,都存在着一些难以解决的矛盾,如裂纹尖端场存在应力或应变的间断线,动态解不能退化为准静态解等,其原因在于以前的研究中忽  (本文共138页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工程大学
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粘弹性材料动态扩展裂纹尖端场

裂纹尖端渐近场的研究是断裂力学研究的重要课题之一,裂纹尖端应力、应变和其它物理量的确定为讨论材料参数对裂纹尖端场的影响及材料破坏断裂准则的建立提供了理论的依据。动态裂纹的扩展在材料学、地质学和结构工程领域等有着广泛的应用,因而研究粘弹性材料中裂纹动态扩展问题具有理论意义和广阔的应用前景。随着科学技术的不断发展,许多新型材料不断涌现,这类材料的一个共同特点是具有明显的粘弹性特征。材料的粘弹性不仅会影响结构的刚度,也会影响到其强度,在研究裂纹尖端渐近场时,应该考虑到材料的粘性效应,这不仅更加符合实际情况,得到更精确的解,而且能解决率无关渐近解中存在的一些问题,因而材料的粘弹性性质对材料断裂性能影响的研究受到越来越大的重视。本文分别采用简单而且实用的粘弹性模型及刚性-粘弹性界面模型,对平面应变不可压缩材料的Ⅰ型和Ⅱ型的动态扩展裂纹尖端的应力、应变和位移场进行了具体的分析和计算;又采用粘弹性模型,对平面应变不可压缩材料的混合型动态扩展裂...  (本文共132页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工程大学
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压力敏感性材料裂纹尖端场的研究

压力敏感性材料(包括岩石、土壤、泡沫金属、聚合物材料、橡胶等)是自然界中应用最广泛的材料。由于材料中存在微结构(孔洞、微缺陷、微裂纹等),在外载荷作用下材料的变形和破坏机理很复杂,因而对压力敏感性材料的变形和破坏机理进行深入的力学研究已成为当前固体力学研究领域中的一个重要研究课题。压力敏感性材料裂纹尖端场的研究是断裂力学研究的重要课题之一,裂纹尖端应力、应变和其它物理量的确定为讨论材料参数对裂纹尖端场的影响及材料破坏断裂准则的建立提供了理论依据,因而研究压力敏感性性材料中裂纹尖端场问题具有理论意义和广阔的应用前景。本文详细综述了裂纹尖端场的研究进展,鉴于大部分研究成果是假设材料不可压缩的,因而采用压力敏感性材料本构方程,考察非线性体积变形对裂纹尖端场的影响更具有普遍意义,本文的主要工作如下:1、本文详细讨论了三类双独立参数压力敏感性材料的屈服准则,由于采用椭圆型方程很好地保持了从弹性变形到塑性变形能量的连续性,论文中采用椭圆型屈...  (本文共150页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京林业大学
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木材裂纹尖端区域应力场的数值分析和测试

为了分析研究白桦木材裂纹尖端附近的位移场、应力场和应变场的真实情况,本论文在对木材做了一些基本的假设:(1) 木材的正交各向异性;(2) 木材的线弹性;(3) 木材的均匀连续性以后,测定出白桦试件在10℃、相对湿度为60%时的一些基本的力学参数。在此基础上,将断裂力学的概念应用到各向异性的变异性很大的木材上,借助复合材料断裂力学的研究方法来研究木材的断裂规律,应用有限元计算软件Ansys分析、建立了木材的本构方程,计算出木材Ⅰ型裂纹尖端的位移、应变和应力,并在Matlab软件平台下编制出后处理程序,使得图形直观、清晰。同时,将数字散斑相关测试方法用在木材裂纹尖端的位移场和应变场的测量上。为了提高数字散斑相关测试方法中相关运算的精度,本文首次提出两种新的4结点和8结点等参单元位移模式,并利用现有的3种简单变形数值模拟相关运算程序验证了这两种位移模式的正确性和适用范围,也首次将复杂变形的数值模拟用到这两种新的位移模式中,进一步的验证...  (本文共148页) 本文目录 | 阅读全文>>

清华大学
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弹塑性材料动态裂纹尖端场研究

本文系统地研究了平面应变条件下理想弹塑性材料和幂硬化材料中稳定扩展的Ⅰ型动态裂纹尖端场的渐近解,其中材料被假设服从Mises屈服准则及其关联的流动法则。为了能够正确认识动态强间断,本文提出了两种不同的间断模型:有厚度的薄层间断和无过渡层的间断。对于前者,本文没有采用Leighton假设,只要求所有基本场方程在薄层内满足,结果任何类型的强间断都不允许存在,应力应变必须全连续。对于后者,本文假定了一种间断条件以保证得到唯一解。在场量全连续的条件下,本文导出了三种分区边界上塑性流动因子λ的连续条件和间断条件。对于理想弹塑性不可压缩材料,本文首先讨论了文[43]连续场中塑性流动因子λ的连续性问题,进一步证实了该连续解的正确性。然后,对控制场方程的一般形式进行了定性分析,结果表明该场方程含有一孤立奇点,但不存在积分益线的包络线,因此求得了一种变形奇异的渐近场,并对这类材料的动态裂纹尖端场进行了高次渐近分析。对于理想弹塑性可压缩材料,本文求...  (本文共147页) 本文目录 | 阅读全文>>

清华大学
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理想弹塑性材料扩展裂纹尖端场高次渐近解

本文研究了理想弹塑性材料中Ⅰ型平面应变准静态定常扩展裂纹尖端场的高阶渐近解。对不可压缩材料,本文假定裂纹前方速度具有奇异性,建立了一个应力和速度在裂尖附近全连续的高阶渐近解,导出了相应的裂纹稳定扩展准则,并与修正Prandtl场进行了比较。对可压缩材料,本文首先采用非规则的对数幂级数渐近展开方法,克服了过去研究中存在的中心扇形区变形率协调方程的高次渐近式不能被满足的困难,并得到了一个切向速度在裂尖前方存在间断的高阶渐近解,该解的主项就是目前被广泛接受的关于可压缩材料的尖端场解。由于上述尖端场的应力渐近解不满足允许发生切向速度间断的条件,本文分析了构造应力和速度全连续的渐近解的各种可能方案。最后,通过在裂尖前方引人一快变化区,本文得到了一个在裂尖周围应力和速度全连续的渐近解。  (本文共114页) 本文目录 | 阅读全文>>

清华大学
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基于Taylor关系的非局部塑性理论的应用与发展

越来越多的实验证实当非均匀塑性变形的特征长度在微米量级时材料呈现出很强的尺寸效应。经典塑性理论由于不包含尺度而无法解释这种塑性变形的尺寸依赖性,尺寸依赖性可能对解释韧性材料中的解理断裂现象也很重要。本文应用基于Taylor关系的非局部理论(TNT非局部理论)研究了微压痕实验中的尺寸效应和韧性材料的解理断裂,包括静止裂纹和准静态裂纹扩展,并发展了大变形的TNT非局部流动理论。主要取得了以下成果:1.为小变形的TNT形变理论和流动理论,发展了有效的有限元方法。2.采用有限元方法模拟了微压痕实验,发现TNT非局部理论预测的微压痕硬度与实验结果符合得很好。这说明TNT非局部理论能很好地描述材料在微米和亚微米量级时的机械行为,同时也为TNT非局部理论提供了重要的自检。3.采用有限元方法研究了平面应变Ⅰ型静止裂纹尖端场,发现TNT非局部理论预测的裂纹尖端附近的应力水平明显高于经典塑性理论的预测值;裂尖应力场的奇异性与塑性硬化指数无关,不仅高...  (本文共119页) 本文目录 | 阅读全文>>