蔡艳红[1]2003年在《粘弹性材料动态扩展裂纹尖端场》文中研究指明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纹尖端场进行了具体的分析和计算。围绕这一问题，本文的主要工作有以下几个方面： 1．通过对裂尖场的渐近分析，确定了动态扩展裂纹尖端的应力和应变场的指数奇异性阶次，得出应力、应变具有相同的奇异量级，即σ～ε～γ~(-1/(n-1)。 2．通过对粘弹性本构理论的分析，给出了稳态蠕变阶段，粘性和弹性共同占主导作用的本构方程，并结合运动和协调方程，推导出粘弹性材料动态扩展裂尖场的控制方程。 3．根据问题的边界条件，通过对控制方程进行数值求解，得到了裂纹尖端的连续的应力、应变和位移场。 4．分析了动态解的性质，并讨论了裂尖应力、应变和位移场随各参数的变化规律，指出了材料的蠕变指数、蠕变系数和马赫数等物理常数对裂纹尖端渐近场的影响。 5．通过对两个模型的基本方程的推导、分析，得到当材料的蠕变指数趋哈尔滨工程大学博士学位论文于无穷时，本文中的幂硬化粘弹性材料动态扩展裂纹尖端场与Freund给出的理想弹塑性材料动态扩展裂纹尖端场具有相近的形式;当马赫数趋于零且蠕变指数趋于无穷时，粘弹性材料的渐近解与静态的理想塑性材料的渐近解具有相近的形式。 6.通过对动态扩展裂纹尖端场的渐近分析，得出在粘弹性材料1型裂纹前方，环向应变达到最大值，在粘弹性材料H型裂纹，刚性一粘弹性界面I型和11型裂纹及混合型裂纹前方，剪应变达到最大值，因此，可以考虑从应变角度出发建立局部的断裂准则。 总之，通过考虑扩展裂纹尖端材料的弹性和粘性效应，本文建立了不可压缩幂硬化粘弹性材料中动态扩展裂纹尖端场的力学模型。通过理论分析和相应的数值计算，验证了本模型的合理性和有效性。本文所作的研究，将为最终解决裂纹尖端渐近场问题提供一种有益的探索，并且对于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上的参考。
梁文彦[2]2006年在《动态扩展裂纹尖端场奇异性的研究》文中提出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略了材料的粘性效应这一影响。由于裂纹尖端在扩展过程中会出现较高的应变速率并产生大量不可逆的变形能，一部分变形能会以热的形式释放出来，导致裂纹尖端局部温度升高，此时材料具有粘性特征，因而材料的粘性性质对材料断裂性能影响的研究受到越来越大的重视。 本文考虑材料的粘性效应，采用一种比较简单然而实用的弹粘塑性模型来描述扩展裂纹尖端附近材料的应力应变关系。通过对材料的粘性系数做出合理的假设，即认为其与塑性应变率的幂次成反比，经过渐近分析确定了奇异性的阶次，推导出了该模型下的率敏感型本构方程。通过进一步的分析，材料的弹性、粘性和塑性三者可以在量级上得到合理的匹配。 采用这种率敏感型本构关系，本文对不可压缩条件下平面应变Ⅰ型、Ⅱ型和压剪混合型扩展裂纹的尖端场进行了渐近分析，分别求得了其裂纹尖端应力和应变场的动力学控制方程。对各个特征参数选取适当的数值，并结合不同问题的边界条件，对控制方程进行了数值计算，求得了完全连续的裂纹尖端应力和应变场。分析了不同问题中渐近解的性质，并讨论了解随各参数的变化规律。
王兴刚[3]2008年在《平面应力准静态扩展裂纹尖端场的弹粘塑性分析》文中认为裂纹尖端场是断裂力学研究的重要课题之一。在扩展裂纹尖端,一方面由于应变奇异性的存在,会产生较高的应变率;另一方面高度的能量集中导致不可逆变形,大部分变形能以热的形式释放出来,裂纹尖端局部出现高温现象。在这样的高应变率以及高温情况下,固体材料性质发生变化,粘性流动在裂纹尖端的形变中所占的比例相对增加,会同时出现弹性、粘性和塑性性质。因此,在研究扩展裂纹尖端渐近场时,应该考虑到材料的粘性效应,这不仅更加符合实际情况,而且可能因此而解决此前忽略粘性效应所得解中存在的一些问题。本文考虑粘性效应,采用高玉臣提出的弹粘塑性模型,通过对粘性系数合理的假设,经过渐近分析推导得出材料的一种率敏感型本构关系。采用这种率敏感型本构关系,本文对平面应力I型准静态扩展裂纹的尖端场进行渐近分析。引入Airy应力函数,由应变率变形协调方程得到裂尖场的运动控制方程,根据I型裂纹对称性及表面自由条件给出问题边界条件,通过选取适当的特征参数数值,对控制方程进行数值求解,得到完全连续的裂纹尖端应力场的角分布曲线。具体分析了渐近解的性质,并讨论解随各特征参数的变化规律。由裂纹尖端场控制方程的推导发现,对于准静态扩展裂纹的平面应力问题,泊松比不出现在控制方程中,这与平面应变问题不同。裂尖场具有幂奇异性,是完全连续的自治场。在靠近裂纹界面处,质点由拉伸状态变为压缩状态。裂尖场应力和塑性应变幅值随材料硬化增强而减小,随粘性增强而增大。材料的粘性是裂尖场的主控参数,不仅主导裂纹尖端应力和应变场的强度,而且对裂尖场的分区构造有明显影响。材料的硬化系数对裂尖场的分区构造有一定影响,但不是很明显。当硬化系数为零时,材料退化为粘弹理想塑性,本文的线性硬化解退化为相应的理想塑性解。
黄克智, 高玉臣[4]1984年在《断裂力学中的裂纹尖端奇异场》文中研究指明断裂力学的本质问题就在于裂纹尖端附近高应变区的存在。裂纹扩展与否,取决于高应变区内的力学状态。所以,尖端附近应力应变状态的研究在断裂力学中起着核心的作用。采用宏观连续介质力学的方法,尖端附近高应变区的力学特性可由奇异应力应变场描述。虽然,由于材料的微观不均匀性和不连续性使得奇异场的描述方法在裂纹尖端(奇异点)充分
边科[5]2007年在《粘弹性材料动态扩展裂尖场及载荷参数研究》文中研究指明动态扩展裂纹尖端场对材料的断裂破坏研究有重要的意义，材料力学性质的时间相关性也对结构的刚度、强度和使用寿命产生较大的影响，同时，裂纹尖端的载荷参数，在表征裂尖场性质方面，应用十分广泛。基于此，本文研究了具有时间相关变形特性的粘弹性材料中的动态扩展裂纹问题。首先，详细研究了在平面应变条件下，不可压缩粘弹性材料中动态扩展的裂纹问题。从基本方程出发，结合对裂尖各场合理的奇异性分析，推导出了渐进控制方程。由定解条件，采用打靶法求得了Ⅰ型和Ⅱ型裂纹裂尖的应力、应变和位移场，讨论了裂尖场随各参数变化的规律，并将所得结果与其它结果进行比较，论证了结果的正确性。其次，仿照前面不可压缩时的分析，研究了粘弹性材料为可压缩时，动态扩展的Ⅰ、Ⅱ型裂纹尖端场，讨论了各场随参数变化的规律，当取泊松比ν=0.5时，完全退化为不可压缩情况下的结果，说明了所得结果的正确性。最后，针对裂尖的载荷参数C~*积分，从其定义式出发，结合奇异性分析，研究了其路径相关性；利用前面所求得的粘弹性材料不可压缩情况下的裂尖场，将C~*积分用一个可求数值A_1来反映其变化规律，得到了随各参数变化的规律。本文所得的裂纹尖端场及裂尖的载荷参数规律可为相关问题的进一步研究及工程上的应用提供理论参考。
杨勇[6]2009年在《压力敏感性材料裂纹尖端场的研究》文中研究表明压力敏感性材料(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服准则,建立了压力敏感性材料的黏弹性本构方程,讨论了压力敏感性系数α和泊松比v之间的关系,当压力敏感性系数α=0时,材料将转化为不可压缩黏弹性材料。2、本文从压力敏感性材料本构方程出发,应用椭圆型屈服准则,合理地构造了屈服条件,采用自相似假设,推导出平面应力条件下的起始扩展裂纹的基本解,应用这些基本解研究Ⅰ型、Ⅱ型以及临界状态起始扩展裂纹问题,对于Ⅰ型为主平面应力条件下的起始扩展裂纹,划分为两个弹性区和一个扇形区的“三区解”,对于Ⅱ型为主平面应力条件下的起始扩展裂纹,两个弹性区、两个均匀应力区和三个扇形区的“七区解”,给出了裂纹尖端场的应力角分布曲线,并讨论相关参数对起始扩展裂纹尖端场的影响。3、本文推导了平面应力条件下压力敏感性材料的本构方程,对准静态扩展裂纹尖端场的奇异性进行了量级分析,σ-ε-γ-1/(n-1)。根据量级分析,给出合理的位移势函数和应力函数,推导出压力敏感性材料准静态裂纹尖端场的控制方程,采用双参数打靶法,得到压力敏感性材料准静态裂纹尖端场的应力场、应变场、位移场和黏性应变场,讨论了压力敏感性系数α和黏性指数n对裂纹尖端场的影响。4、本文推导了平面应变条件下压力敏感性材料的本构方程,对动态扩展裂纹尖端场的奇异性进行量级分析,σ-ε-γ-1/(n-1)。根据量级分析,给出合理的位移势函数和应力函数,推导出压力敏感性材料动态扩展裂纹尖端场的控制方程,采用双参数打靶法,得到压力敏感性材料准静态裂纹尖端场的应力场、应变场、位移场和黏性应变场,讨论了压力敏感性系数α和黏性指数n对裂纹尖端场的影响。压力敏感性材料裂纹尖端场的研究是一个复杂的力学问题,本文建立了压力敏感性黏弹性材料中裂纹尖端场的力学模型,通过理论分析和相应的数值计算,给出了裂纹尖端场的构造和渐近解。本文所作的研究,将为最终解决裂纹尖端渐近场问题提供一种有益的探索,并且对于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上的参考。
王永军[7]2006年在《压—剪混合型定常扩展裂纹尖端的弹粘塑性场》文中进行了进一步梳理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。本文假定粘性系数与塑性等效应变率的幂次成反比，考虑其粘性和裂纹面摩擦接触效应建立了压-剪混合型定常扩展裂纹尖端弹粘塑性场的渐近方程，求得了裂纹尖端场不含应力、应变间断的数值解。并讨论了压-剪混合型裂纹数值解随各个参数的变化规律，计算结果和分析表明，压-剪混合型裂纹尖端场是满塑性的，不含有弹性卸载区，粘性效应是研究扩展裂纹尖端场时的一个重要因素。无论混合裂纹摩擦作用的大小，静水压力随摩擦系数的增加都是增加的，裂纹面摩擦效应是存在阻止裂纹的扩展速度的因素，且摩擦作用越强，裂纹尖端场的韧性越高。 总之，通过理论分析和相应的数值计算，验证了本模型的合理性和有效性，为最终解决裂纹尖端渐近场问题提供一种可行的方法，并且对于解决工程实践中所遇到的难题提供理论上的参考依据。
唐婧[8]2003年在《Ⅲ型定常扩展裂纹尖端的弹—粘—理想塑性场》文中提出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。本文在考虑扩展裂纹尖端材料的粘性效应下，采用一种比较简单然而实用的弹粘塑性模型来描述反平面Ⅲ型动态扩展裂纹尖端场附近材料的应力应变关系。通过对材料的粘性系数做出合理的假设，推导了一种弹—粘—理想塑性材料的率敏感型本构关系。经过对奇异场的渐近分析确定幂奇异性的阶次，消除了无粘性解中存在的塑性激波。 采用这种率敏感型本构关系，本文对不可压缩条件下反平面Ⅲ型扩展裂纹的尖端场进行了渐近分析，分别求得了其裂纹尖端应力和应变场的动力学控制方程。对各个特征参数选取适当的数值，并结合相应的边界条件，对控制方程进行了数值计算，求得了完全连续的裂纹尖端应力和应变场。分析了渐近解的性质，并讨论了解随各参数的变化规律。 采用这种率敏感型本构关系，为了与马赫数趋于零时动态解的极限情况——准静态扩展情况作对比，本文还对相应的准静态问题进行了渐近分析，推导了裂尖场的控制方程，并选取典型的特征参数，结合问题的边界条件进行了数值求解。通过数值结果的比较可知，两种情况下的解吻合的比较好。因此，对于本文所采用的弹粘塑性本构模型，动态解在马赫数趋于零时的极限情况能够还原为准静态解。 总之，通过理论分析和相应的数值计算，验证了本模型的合理性和有效性，为最终解决裂纹尖端渐近场问题提供一种可行的方法，并且对于解决工程实践中所遇到的难题提供理论上的参考依据。
张林[9]1993年在《理想弹塑性材料扩展裂纹尖端场高次渐近解》文中指出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。
王纪滨[10]2009年在《双材料界面扩展裂纹尖端场奇异性的研究》文中研究表明两种不同材料,利用某种方法连接在一起使用的结构或组合材料,称为结合材料或称作异材,而其结合部,统称为界面。工程结构中的界面是广泛存在的,如不同或相同金属材料间的焊缝；固体火箭发动机之间的界面；复合材料、多相材料中的异质界面、路面／桥面不同介质组成的界面等等。界面力学作为固体力学的一个新的分支,是用普遍性的方法分析和评价各类结合界面的力学行为,其目的是为了解决和解释结合材料或结构的强度寿命评价及其优化设计等问题。固体材料的粘性是指与时间有关的变形性质,蠕变和应力松弛都是与粘性有关的力学现象,几乎所有固体材料都有粘性。但某些聚合物、岩土材料以及处于高速变形状态下的金属材料则具有明显的粘性,在对这些材料进行力学分析时,材料的粘性效应的影响必须予以考虑。粘性效应是材料在高温和高应变率下的固有属性,本文考虑材料的粘性属性并假定与塑性应变率的幂次成反比,推导和建立了弹塑性材料在三维条件下的本构关系,通过对裂纹尖端场奇异量级的分析,确定了材料的弹性、粘性和塑性三者匹配的条件,给出了在不可压缩条件下分析界面裂纹尖端场的基本方程。采用建立的率敏感型本构关系,本文对刚性-弹粘塑性界面裂纹在不可压缩条件下的平面应变Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型扩展裂纹的尖端场进行了渐近分析。引入界面裂纹尖端的位移势函数,结合不同问题的边界条件,求得了界面裂纹尖端应力和应变场的控制方程组,对控制方程组进行了数值分析和计算,求得了裂纹尖端的应力场,分析了不同问题中渐近解的性质,并讨论了解随各参数的变化规律。通过考虑界面扩展裂纹尖端材料的粘性效应,本文建立了不可压缩条件下刚性-弹粘塑性Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型界面扩展裂纹尖端的统一的连续奇异性场。通过理论分析和相应的数值计算,界面裂纹尖端奇异场受材料的粘性系数(77)、马赫数(M)和奇异性指数(δ)控制。本论文仅对刚性-弹粘塑性界面进行了分析和研究,对于新型的结合材料和界面,需要根据具体的情况,利用界面力学的基本概念进行探索和研究,将为最终解决界面裂纹尖端渐近场问题提供一种可行的方法和参考依据。
参考文献：
[1]. 粘弹性材料动态扩展裂纹尖端场[D]. 蔡艳红. 哈尔滨工程大学. 2003
[2]. 动态扩展裂纹尖端场奇异性的研究[D]. 梁文彦. 哈尔滨工程大学. 2006
[3]. 平面应力准静态扩展裂纹尖端场的弹粘塑性分析[D]. 王兴刚. 哈尔滨工业大学. 2008
[4]. 断裂力学中的裂纹尖端奇异场[J]. 黄克智, 高玉臣. 力学进展. 1984
[5]. 粘弹性材料动态扩展裂尖场及载荷参数研究[D]. 边科. 哈尔滨工程大学. 2007
[6]. 压力敏感性材料裂纹尖端场的研究[D]. 杨勇. 哈尔滨工程大学. 2009
[7]. 压—剪混合型定常扩展裂纹尖端的弹粘塑性场[D]. 王永军. 哈尔滨工程大学. 2006
[8]. Ⅲ型定常扩展裂纹尖端的弹—粘—理想塑性场[D]. 唐婧. 哈尔滨工程大学. 2003
[9]. 理想弹塑性材料扩展裂纹尖端场高次渐近解[D]. 张林. 清华大学. 1993
[10]. 双材料界面扩展裂纹尖端场奇异性的研究[D]. 王纪滨. 哈尔滨工程大学. 2009
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