一、关于各向异性纤维复合材料板裂纹尖端应力场的探讨（论文文献综述）
盛宝璐[1]（2021）在《集成竹Ⅰ型层内/层间断裂试验研究与理论分析》文中指出集成竹（Laminated veneer bamboo,LVB）是由竹片顺纹组坯胶合而成的一种纤维定向高强结构材,适用于大跨及多、高层建筑中的梁和柱等结构构件,应用前景广阔。因为竹材天然属性和加工工艺等因素,集成竹材料不可避免地会含有微裂纹、微孔等初始缺陷。在结构服役期间,材料内部微裂纹、微孔等缺陷扩展导致地结构刚度退化、强度降低,会致使集成竹构件可能在达到设计强度前率先发生断裂破坏,进而影响集成竹建筑正常安全使用。因此,了解集成竹材料的断裂破坏特征、建立集成竹材料的断裂破坏准则是集成竹结构设计中不能回避地重要问题之一。由于集成竹材料内部微裂纹、微孔等缺陷是随机分布在基质层和胶合介质层中,受力过程中,根据缺陷所在位置的不同,集成竹会出现层内断裂（Intralaminar fracture）和层间断裂（Interlaminar fracture）2种不同的断裂破坏模式。这2种断裂破坏模式具有不同的断裂破坏特征,集成竹Ⅰ型层内断裂呈现线性破坏特征,而集成竹Ⅰ型层间断裂由于一定程度地纤维桥连现象,非线性断裂特征显着,其裂纹尖端破坏机理极其复杂。因此,本文主要聚焦集成竹Ⅰ型层内和Ⅰ型层间断裂破坏现象,针对裂纹尖端位移场求解、断裂能计算方法和断裂韧度影响因素等问题开展双悬臂梁（Double cantilever beam,DCB）拉伸试验研究和理论分析,主要研究内容和成果如下:（1）进行了双悬臂梁Ⅰ型层内和层间断裂试验,研究了集成竹Ⅰ型层内断裂和Ⅰ型层间断裂破坏过程。结果表明:集成竹Ⅰ型层内断裂荷载-位移（F-υ）曲线分为2个阶段,即线性上升段和裂纹扩展阶段;加载端位移随着荷载的增加呈线性增加,裂纹长度不变,待达到极限荷载后,裂纹迅速扩展,荷载下降,构件失效。集成竹Ⅰ型层间断裂的荷载-位移曲线可以概括为线性上升、裂纹前端非线性损伤积累和裂纹扩展3个阶段;在线性阶段,荷载-位移曲线呈线性关系;当荷载达到比例极限后,裂纹尖端开始出现损伤,非线性损伤积累会在裂纹尖端形成一个塑性扩展区（Fracture process zone,FPZ）,试件刚度逐渐退化,荷载-位移曲线呈非线性软化特征;当裂纹尖端塑性扩展区发展完全后,裂纹扩展,荷载-位移曲线开始下降,构件失效。（2）基于断裂力学的方法,分别采用单线性内聚力模型（Single linear cohesive zone model,SL-CZM）和双线性内聚力模型（Bilinear cohesive zone model,BL-CZM）对集成竹Ⅰ型层内和Ⅰ型层间断裂行为进行分析,建立了集成竹Ⅰ型层内断裂和Ⅰ型层间断裂的裂纹尖端场内聚力本构关系方程,并得到了方程的解析解。从理论上给出了标准双悬臂梁试验中的集成竹Ⅰ型层内和层间试件的荷载-裂纹长度（F-a）关系方程,得到了含内聚力模型参数的全过程荷载-位移曲线。在此基础上,进一步通过间接法得到了单线性和双线性内聚力模型的本构参数,确定了集成竹Ⅰ型层内和层间断裂能计算公式。计算结果与试验结果对比显示,两者吻合良好,验证了本文提出的单线性和双线性内聚力模型的有效性。该理论方法不需要测量裂纹的时时扩展长度,避免了大量地数据处理过程。（3）采用高速高频裂纹观测试验技术,以1000帧/秒的速度采集裂纹扩展过程中的荷载-裂纹长度曲线,提出了基于数字图像相关技术（Digital image correlation,DIC）的名义裂纹尖端确定方法,通过试验直接给出的荷载-裂纹长度曲线计算断裂能,与理论公式得出的结果对比,验证了高速观测系统的先进性和有效性。解决了现行传统DCB试验通过加卸载或者荷载-位移曲线间接推算等方式手动测量和记录试件的荷载-裂纹长度关系误差大的问题。（4）研究了不同初始裂纹长度和双悬臂梁试件尺寸对集成竹Ⅰ型层内和Ⅰ型层间断裂能的影响。结果表明:由于集成竹Ⅰ型层内断裂试件的裂纹尖端不存在不可忽略地塑性扩展区,初始裂纹长度和试件尺寸对集成竹Ⅰ型层内试件断裂能结果没有影响。而集成竹Ⅰ型层间试件断裂能大小由于裂纹尖端塑性区的存在,会随着试件高度/厚度的增加,断裂能先增大/减小后趋于稳定。因为,试件高/厚度较小时,裂纹尖端塑性损伤区发展不完全,随着试件高度/厚度的增加,裂纹尖端塑性损伤区进一步发展,断裂能会增加/减小,待裂纹尖端塑性区发展充分后,断裂能将趋于一稳定值,即断裂韧度。（5）采用虚拟裂纹闭合法（VCCT）与内聚力模型（CZM）对集成竹Ⅰ型层间断裂双悬臂梁试件进行有限元分析,并通过与试验结果的对比验证了上述两方法用于模拟集成竹Ⅰ型层间断裂行为的有效性。进一步利用内聚力模型考察了双悬臂梁试件的宽度对Ⅰ型层间断裂能的影响。研究结果表明,集成竹Ⅰ型层间断裂能随试件宽度增大呈现减小的趋势。在宽度达到55mm以上时,裂纹尖端应力场受平面应变状态主导,断裂能趋于定值0.5395N/mm,进一步验证了塑性区形状对断裂能的影响。本文基于高速高频裂纹观测试验技术进行了标准双悬臂梁断裂试验,研究了集成竹Ⅰ型层内和层间断裂破坏特征,给出了相应的荷载位移曲线。采用内聚力模型分别针对集成竹Ⅰ型层内和层间断裂破坏模式建立了线性断裂理论分析方法和非线性断裂理论分析方法,获得了荷载-位移-裂纹长度关系理论曲线,得到了断裂能计算公式,给出了集成竹Ⅰ型层内和层间试件的稳定断裂能。基于数字图像相关技术,提出了裂纹尖端位置的确定方法,通过试验直接给出的荷载-裂纹长度关系计算断裂能,并对比了不同初始裂纹长度和试件尺寸对断裂能的影响。通过试验与有限元相结合的方式,分析了双悬臂梁试件厚度对集成竹Ⅰ型层间断裂能的影响,得到了材料平面应变状态下的稳定断裂能,进一步验证了塑性区的存在。为其他复合材料双悬臂梁拉伸型断裂试验研究与理论分析提供了参考。
靳翌帆[2]（2021）在《考虑90°子铺层与纤维粘结的T300/69层合板断裂韧性研究》文中提出纤维增强复合材料是典型的先进复合材料,具有强度高、延伸率大等许多传统材料所无法比拟的优点,这使得纤维复合材料在航空、航天、建筑工程、机械等国防和民用工程的各个领域中占有重要的地位,并得到了越来越广泛的应用。但是,目前研究正交异性复合材料断裂韧性忽略了90°子铺层和纤维脱粘,不能广泛适用于所有工况。因此,研究多向层合板的断裂韧性理论对解决复合材料层合板断裂问题具有重要的理论意义与应用价值。本文以T300/69纤维增强复合材料层合板作为研究对象,利用ABAQUS有限元软件辅助计算,将修正后的考虑90°子铺层及纤维脱粘的断裂韧性计算结果与紧凑拉伸试验结果相比较,验证理论方法的正确性和可靠性。主要研究内容如下:（1）利用ABAQUS有限元软件模拟裂纹扩展。使用扩展有限元法（XFEM）进行裂纹扩展过程的模拟,得出含中心贯穿裂纹复合材料层合板的断裂韧性;同时,通过虚拟裂纹闭合技术（VCCT）计算归一化能量释放率,为后续处理试验数据提供理论依据。（2）通过试验方法研究不同铺层方式下T300/69复合材料层合板的断裂韧性。设计并完成紧凑拉伸试验,利用载荷—位移数据,计算得到不同铺层方式下复合材料层合板的断裂韧性。通过观察断口形貌,纤维增强复合材料层合板断裂时随着厚度的增加,90°子铺层对层合板整体的影响愈发明显,同时存在纤维脱粘现象也会影响复合材料层合板整体断裂韧性。（3）提出考虑90°子铺层以及纤维脱粘的复合材料层合板断裂韧性修正计算模型。基于已有多向层压板的断裂韧性计算方法,考虑不同铺层方式下90°子铺层以及纤维脱粘时所释放的能量,对断裂韧性公式进行修正,与已有计算方法相比,修正模型的计算结果与试验结果更为接近。
皮建东[3]（2020）在《断裂力学中复变方法的应用与发展研究（1909-2019）》文中提出断裂力学是固体力学的一个重要分支,它以经典的格里菲斯（A.A.Griffth,1893-1963）理论为基础,在20世纪初开始发展并逐步形成于50年代。断裂力学以裂纹为主要研究目标,分析其在受力情况下应力的分布状态,从而探求断裂准则以及裂纹扩展规律。断裂力学源于生产实践,在建筑工程、航空航天、交通运输、机械制造以及生物工程等领域都有着广泛的应用。随着断裂力学的深入研究,复变方法凭借其完整的理论体系受到许多研究者的青睐。至20世纪初,由法国柯西（A.L.Cauchy,1789-1857）、德国黎曼（B.Riemann,1826-1866）和魏尔斯特拉斯（K.T.W.Weierstrass,1815-1897）等数学家发展起来的复变函数理论,其内容体系已经比较完善,为复变方法在断裂力学中的应用奠定了坚实的理论基础。1909年,俄罗斯的科洛索夫（Г.В.Колосов,1867-1936）利用复变函数理论有效地解决了力学的相关问题。1933年,穆斯海利什维利（НиколайИвановичМусхелишвили,1891-1976）对科洛索夫所做的工作进一步系统化,更加全面地研究了复变方法在平面弹性理论中的应用。这一方法的引入,一方面丰富了力学问题求解的方法,另一方面也为其在断裂力学中的应用奠定了基础。1957年,欧文（G.R.Irwin,1907-1998）提出了能量释放率,标志着线弹性断裂力学的建立。至此,复变方法很自然地被应用到了断裂力学领域,开始发挥其独特的优势。到目前为止,关于复变方法在断裂力学中的应用,研究成果非常丰富,但这些研究多数都偏重于具体的应用过程,从史学角度进行系统研究的文献几乎没有。基于此,本研究从数学史的角度出发,查阅了大量文献资料,采用文献分析、历史研究以及对比分析等方法,系统地分析和研究了复变方法在断裂力学中的应用和发展。本研究对于深入了解断裂力学的发展,甚至预测断裂力学的进一步发展具有重要的理论和现实意义。主要研究工作如下:1.着眼于断裂力学的形成和发展历史,研究了国外英格里斯（C.E.Inglis,1875-1952）、格里菲斯、奥罗万（E.Orowan,1901-1989）以及欧文等人在断裂力学形成过程中做出的重要贡献及其影响,同时研究了中国学者在这一方面所做的主要工作及对断裂力学发展产生的影响。2.对复变方法在断裂力学中的应用进行溯源。阐述了科洛索夫和穆斯海利什维利所做的开创性工作,并指出虽然当时断裂力学还没有完全产生,但是他们的研究成果为复变方法在断裂力学中的应用提供了必要的理论支撑,也为其今后的发展奠定了基础。3.研究了20世纪中后期（1950-1990）复变方法在断裂力学中的应用情况。通过分析归纳,详细地论述了英国英格兰德（A.H.England）以及中国唐立民、路见可等学者对复变方法的总结和发展,以此反映出当时复变方法的发展情况。4.分析研究了20世纪90年代以后复变方法在断裂力学中的发展情况。在这一时期,复变方法的应用范围从经典材料扩展到新型材料,同时将保角变换从有理函数推广到了无理函数。重点研究了范天佑研究团队在断裂力学复变方法中取得的成就和产生的影响。5.研究了复变方法在固体准晶以及压电准晶中的应用及其发展情况。受现有文献的启发,利用复变方法讨论了直位错和线性力作用下点群10十次对称二维准晶的弹性场以及一维六方压电准晶材料含运动螺型位错的弹性问题。通过研究发现,复变方法在断裂力学中的应用和发展具有如下几个特点:1、其发展遵循由慢到快、由点到面的整体规律;2、早期的应用地域分布不均衡,缺少国际性交流;3、21世纪以来应用的深度和广度不断加大,学科融合进一步加强;4、中国学者对复变方法的应用和发展做出了重要的贡献。
陈超[4]（2020）在《复合材料连接静动态力学性能实验与数值模拟研究》文中研究表明纤维增强树脂基复合材料因具有较高的比强度和比刚度以及优异的抗疲劳特性,为装备结构的轻量化提供了有效的手段。复合材料零部件间通常通过机械连接和胶接进行连接,由于复合材料的各向异性及连接处的应力集中使得复合材料连接成为复合材料结构的薄弱环节。因此连接部位的设计是复合材料作为主承力结构大规模应用的关键基础。目前,有关复合材料连接研究多集中于热固性复合材料连接件的面内静、动态拉伸性能,国内外对复合材料连接面内性能进行了大量理论和实验方面分析研究工作,但对复合材料连接在服役过程中承受面外静、动态载荷作用下的失效机理研究较少。复合材料连接在面外静、动态载荷作用下,其受力和破坏损伤机理由于面内、面外性能的耦合作用而更复杂,因此相关研究依然是当前的难点。本文的主要研究内容如下:（1）发展了非线性损伤耦合复合材料本构模型。对实验中发现的编织复合材料非线性特性进行了研究,建立了热塑性编织结构复合材料从加载到损伤起始、损伤演化及单元删除整个过程的三维渐进损伤模型。结合宏观实验和细观模拟获得本论文中涉及的复合材料参数。应用所编写的本构模型通过对比拉伸试件的力学响应和损伤形貌验证了本构模型的准确性。编写的本构模型为后续研究提供了基础。（2）研究了影响单向复合材料连接面内承载能力的关键因素。对所建立的复合材料连接数值模型进行了验证,对比研究了复合材料的单向分层模拟方法及准各向同性宏观均匀化模拟方法的精度。基于精度更高的单向分层方法的数值模型对单向复合材料连接关键界面参数进行了敏感性分析,发现复合材料孔的公差是影响连接承载能力最敏感的参数。全局敏感性分析参数识别后对复合材料孔的公差配合参数进行了6δ分析,发现孔和螺栓间的过盈配合可以显着降低复合材料的峰值应力,进而提高连接的力学性能。（3）研究了编织复合材料连接在面外静态载荷下的损伤特性和失效机理。通过三点弯曲实验对热塑性复合材料铆钉连接和胶/铆混合连接的静态响应进行了研究,并详细分析了静态三点弯曲工况载荷作用下结构的变形模式及载荷-位移响应。结合实验和数值分析揭示了复合材料连接的损伤特性与机理,并通过数值模拟分析了连接的几何参数对力学性能的影响。获得了复合材料连接方式及结构尺寸与承载能力、能量吸收之间的影响规律。（4）研究了编织复合材料连接在面外动态载荷下的损伤特性和失效机理。通过落锤冲击实验对热塑性复合材料铆钉连接和胶/铆混合连接的动态响应进行了研究,并详细分析了动态冲击载荷作用下结构的变形模式及载荷响应。结合实验和数值分析揭示连续纤维增强热塑性复合材料连接的动态损伤特性与失效机理,并依据动态冲击响应数值模拟对影响抗冲击性能的因素进行了分析。获得了复合材料连接方式、铺层角度对承载能力、能量吸收之间的影响规律,为工程应用中提高复合材料连接结构吸能效率提供指导。（5）研究了编织复合材料连接对面外不同加载速率的敏感性。实验研究了不同速率面外载荷下连接结构的响应,讨论了加载速率对连接结构响应的影响。分析了热塑性编织复合材料铆钉连接在准静态和动态面外压缩载荷作用下的力学性能的区别。对刚、强度敏感性分析发现强度对加载速率更敏感,在数值分析中可以只考虑强度的率相关性。发现复合材料连接在面外动态载荷作用下的极限承载能力是静态载荷作用下的三到四倍,参考静态载荷作用下复合材料连接的强度安全裕度较大。
王琳琳[5]（2020）在《基于红外热像技术的风力发电机缺陷叶片疲劳损伤研究》文中提出风能是可再生能源。叶片为大型风力发电机的重要部件之一,受人为和制造工艺技术等因素影响,叶片容易带有纤维断裂、分层、气孔、微裂纹等原生缺陷。在风力发电机叶片服役过程中,原生缺陷不断长大和串接,导致风力发电机叶片宏观力学性能劣化,甚至导致风力发电机叶片疲劳断裂,使整个风力发电机组无法正常运行。因此对大型风力发电机原生缺陷叶片的疲劳损伤演化研究是至关重要的,有利于提前预测风力发电机叶片故障,保证风力发电机的安全性和使用性,减少巨大的经济损失。风力发电机叶片疲劳损伤演化过程是一种不可逆的热力学非线性过程,结合材料学、疲劳学、热力学及先进的红外热像检测技术,横跨微观、细观、宏观的不同尺度层次,研究多种原生缺陷风力发电机叶片的疲劳损伤机制,为实现风力发电机叶片的在线、实时的健康监测提供理论支撑,本文从试验、理论方面对原生缺陷叶片的疲劳损伤过程分析研究。利用红外热像仪研究分层、气孔缺陷对叶片疲劳损伤的影响,通过监测疲劳过程中分层、气孔缺陷叶片试件表面温度和红外热像序图变化,发现缺陷对叶片疲劳损伤与缺陷深度、缺陷类型有关。分层和气孔缺陷对叶片疲劳损伤程度随疲劳时间逐渐增加,表面温度逐渐升高。相同缺陷类型时,深度浅的缺陷对叶片疲劳损伤程度影响大;相同缺陷深度时,分层缺陷比气孔缺陷对叶片疲劳损伤影响大。疲劳极限是抗疲劳断裂重要参数,与疲劳损伤有密切关系,利用红外热像仪的双线式法预测疲劳极限是最常见方法。由于疲劳过程的稳定状态表面温度不精确影响双线式法预测疲劳极限精度,故提出角归一化双线式法预测缺陷叶片疲劳极限。分别对分层和气孔缺陷叶片进行阶段式疲劳试验,利用双线式法、角归一化双线式法预测疲劳极限,与升降法预测疲劳极限结果对比。试验结果发现,提出角归一化双线式方法预测结果与升降法试验结果最吻合,误差率小于双线式法。原生缺陷在疲劳载荷作用下会演化成微裂纹的形成、扩展,裂尖温度场能够反映裂纹扩展过程的热耗散现象。红外热像仪为疲劳损伤过程温度监测提供有利的技术支持,但是受试验条件影响红外热像仪测量温度精度不准确,直接影响叶片疲劳损伤的准确评估。因此,先重点探究疲劳过程微裂纹缺陷叶片温度场计算模型;再利用试验结果验证温度场计算模型的准确性和可行性;最后基于温度场计算的数值解和试验值分析影响红外热像仪温度测量精度的因素,提出调整红外热像仪测量方法。采用红外热像仪监测边界微裂纹缺陷叶片疲劳试验,通过ANSYS有限元的数值解和试验结果对比发现,建立的风力发电机叶片微裂纹温度场模型是准确和可行的。在提出的疲劳试验条件下,数据处理方法无法提高红外热像仪测量温度精度不高;在发射率、试验距离、环境温度、环境辐射几个方面对疲劳试验进行调整,发现使红外热像仪测量温度精度提高到4%。疲劳损伤伴随着不可逆的能量耗散,一部分转化为热耗散,另一部转化为内储能,内储能主要改变材料内部微观形貌。以微裂纹、分层缺陷叶片不同疲劳试验为例,分析疲劳过程中内储能变化规律,并利用宏观和微观形貌分析原生缺陷对叶片的疲劳损伤机制。试验结果发现,叶片的内储能随疲劳时间增长而逐渐增加,达到某一程度时出现转折点,内储能缓慢增加。利用微裂纹和分层叶片不同时刻的微观形貌图发现,不同时刻的内储能产生不同的疲劳损伤形式。深层次分析原生缺陷叶片疲劳损伤方式的萌生、衍变机理,为叶片疲劳损伤机理提供理论支撑。疲劳损伤临界点是疲劳断裂的重要判据,临界点的准确评估有利于预防风力发电机叶片的疲劳断裂。以温度和耗散能为辅助量,参考熵增原理构建法则,建立以熵为疲劳损伤参量的风力发电机叶片疲劳损伤模型,分析原生缺陷叶片的累积熵产变化规律,确定疲劳损伤的临界点。试验研究发现,纤维断裂和气孔缺陷叶片在恒载荷、变载荷疲劳试验下,叶片的累积熵产曲线有三个阶段变化。累积熵产曲线的第三阶段起始点确定为疲劳损伤临界点,并通过疲劳试验验证了临界点确定的准确性和可行性。临界点的累积熵产和疲劳断裂点的累积熵产均为恒定值,不受任何试验参数的影响,并且它们比值约为0.5,在疲劳试验临界点的疲劳寿命约占80%整个疲劳寿命。由于累积熵产具有恒定不变特点,不因风力机叶片的不同工况和叶片材料性质等因素受到影响,能够作为疲劳损伤能力的表征,对评估叶片疲劳损伤有重要优势。
姚善龙[6]（2020）在《V形切口热弹奇性指数与强度系数研究》文中进行了进一步梳理切口广泛存在于工程结构中,裂纹、夹杂、多材料接头是其特殊情形。切口尖端的应力和热流存在严重的集中,乃至出现数学意义上的无穷大,被称为应力和热流奇异。切口尖端的奇异场容易诱发裂纹的萌生,对结构的安全运维带来严重的威胁。本文以含切口构件为研究对象,着重研究切口尖端的热流和应力奇异性,确定切口尖端区域的奇异物理场,为含切口构件进行降奇增韧提供借鉴。全文的主要研究工作如下:（1）提出了数值分析复合材料V形切口的热流和应力奇性特征的新方法。该法将切口尖端物理场的渐近展开表达式,引入弹性力学控制方程和热传导方程,推演了平面和反平面复合材料切口的应力和热流奇性特征方程,研究了它们的插值矩阵解法,获得了切口尖端关于热流和应力的奇性指数及其对应的特征角函数。所提方法可以一次性地计算出切口所有的热学和力学奇性指数,且所获得的位移、温度特征角函数及他们的一阶导数具有同阶精度,这为基于本特征分析计算热流及应力值的精度提供保证。文章先后研究了各向同性材料、正交各向异性材料平面切口、各向异性材料反平面切口尖端的热流和应力奇性特点。（2）提出了研究多复合材料粘接切口的热流和应力奇性特征的新技巧。本法在单复合材料切口奇性特征分析的基础之上,引入界面粘接协调条件,并通过Williams渐近展开表达式,将该条件转化为温度、位移角函数以及奇性指数表达的微分方程,和在各材料域建立的奇性特征方程联合求解,可以获得多复合材料切口的热流和应力奇性指数以及对应的特征角函数。文章研究了结构几何形状、材料属性等对多复合材料V形切口、多复合材料结头和含夹杂物结构的应力奇异性和热流奇异性的影响规律。（3）建立了材料参数沿角度变化的功能梯度材料V形切口尖端的热流和应力奇性特征方程,研究了材料梯度对切口奇性的影响。所建立的功能梯度材料切口奇性特征方程是一个变系数常微分方程,研究使用插值矩阵法对其进行求解,成功获得了功能梯度材料V形切口尖端的奇性指数和相应的特征角函数。本法避免了对功能梯度材料结构按梯度分区分析带来的不便,且适用于指数函数、幂函数和倒数函数等各种材料变化模式的功能梯度材料切口奇性分析。对于随角度坐标变化的功能梯度材料切口,弹性模量、热膨胀系数和热传导系数按倒数函数变化时,切口应力和热流奇异性都是最强,而材料属性按幂函数形式变化时切口热弹奇性最弱。（4）提出了分析动态V形切口的热流和应力奇异性的新方法。该法基于热弹性力学的动态平衡方程和切口尖端物理场的渐近展开式,建立了动态V形切口的热弹奇性特征方程并进行数值求解。研究发现,单材料动态切口的应力奇异性最弱和最强分别发生在速度方向沿着切口角平分线和垂直于切口角平分线的时候。切口的奇异性随着材料的泊松比、密度增大而减弱,但随着弹性模量的增大而增强。对于双材料动态V形切口,第一阶奇异性随着材料的弹性模量增大而减弱,而第二阶奇异性则随弹性模量增大而增强。速度方向偏向材料较硬一侧时切口的应力奇异性,比速度方向偏向较软一侧时切口的奇异性强。同时发现,动态V形切口的热流奇异性不因速度的改变而变化。（5）提出一种基于有限元法的奇性分离技术,来计算V形切口尖端奇异热流和奇异应力场。本法将切口尖端的奇异扇形域从含切口结构中分离出来,用Williams级数渐近展开式表达分割切口尖端域时形成的弧形边界上的温度、热流、位移和节点力,将其代入有限元法分析挖去切口尖端扇形区域后的无奇异剩余结构的系统方程,求解后获得Williams级数渐近表达式的各阶幅值系数,据此可以有效计算切口尖端的热流强度因子和应力强度因子。所提方法对有限元精细网格划分依赖性不强,较稀疏的单元划分也能够获得稳定性好且精度高的切口热弹强度系数。（6）提出一种基于有限元法分析结果的超定法来计算切口热流、应力强度因子。该法提取距切口尖端一定距离节点的有限元计算值,利用奇性渐近展开表示,依据已经获得的特征分析结果,建立确定渐近展开式幅值系数的超定方程,根据最小二乘法计算出该方程的超定解,从而获得奇性渐近展开式的幅值系数,数值验证了超定法对选择的节点数有很好的收敛性,给出了选择节点方位的建议,开辟了确定切口热流、应力强度因子的另一种有效计算途径。研究表明,仅考虑奇性渐近展开式中的奇异项就能很好地模拟切口尖端的位移场,而只有考虑高阶非奇异项才能更准确地模拟切口尖端的应力场。
王祎玮[7]（2020）在《基于边界元方法的非均质材料断裂问题分析》文中认为为了弥补传统单质材料存在的比强度、比模量低的不足,满足行业发展需要,越来越多的非均质材料开始应用在航空、汽车、桥梁等多个领域。非均质材料是指在特定方向上组分不均匀、单一或符合理化性能变化以适应不同环境并实现特殊功能的先进材料。其中,复合材料是最常见的非均质材料,如碳纤维树脂基复合材料、碳化硅铜基复合材料等。非均质材料服役环境往往恶劣,包括疲劳、高低温载荷及腐蚀等严酷环境,不可避免地发生各种形式的断裂问题,这些都对结构强度、使用寿命产生很大影响。为了提高非均质材料的服役寿命,预防事故的发生,减少经济损失,越来越多的学者开始借助数值方法来研究求解其断裂问题,从而对材料及结构的设计优化提供指导。工程中常用的数值方法包括有限单元法、边界单元法、有限差分法等。在求解裂纹问题时,边界元方法通过在求解域的边界处建立积分方程从而可达到降低维数的目的。相比有限元方法,边界元方法只需更少的划分单元便可实现裂纹问题的高精度求解,很大程度上提高了计算效率。本文采用边界元法对工程中常用的均质材料和非均质材料进行了裂纹扩展研究,通过理论分析和具体算例相结合的方法验证了算法的有效性。主要的研究工作如下:对直接边界元理论进行了公式推导。通过对建立的边界积分方程进行离散并代入基本解以及边界条件进行求解,得到边界上的未知面力和位移分量。分别建立了常单元、线性单元以及二次单元的边界元模型,并利用该模型分析了均质材料的弹性力学平面应力问题,通过对不同离散方式下的开孔板孔口周围应力进行计算,得到孔边应力分布,并将边界元模型计算结果与相同边界条件、离散方式下的有限元模型计算结果进行了对比,验证了算法的有效性。采用边界元方法对结构的断裂问题进行了研究。对分区子域边界元法进行公式推导,引入了四分之一奇异单元以对裂纹尖端区域应力场进行数值模拟;对于均质材料采用位移插值法求解得到裂纹尖端的应力强度因子。在此基础上,求解了含双边裂纹以及单边裂纹三维模型的应力强度因子;并利用边界元法对一工程实际中的夹具结构进行了裂纹扩展分析及寿命预测。对于非均质材料而言,界面损伤一直是研究的热点。本文对含界面裂纹的两相非均质材料模型进行边界元分析,应用外推法求解应力强度因子;同样分别以中心裂纹和单边裂纹为例,对比研究了不同初始裂纹长度以及不同弹性模量组合下的非均质材料裂纹尖端应力强度因子,并与T.M的结果对比进行验证,发现采用四分之一奇异单元对裂尖单元进行离散得到的精度较高。应用分区子域边界元理论对周期性线弹性单向纤维增强复合材料的代表体积单元（Representative Volume Element,RVE）进行了细观力学分析,有效求解了单向纤维增强复合材料的弹性模量和泊松比;研究了不同纤维含量下材料的弹性模量和泊松比的变化规律,并与有限元解和Mori-Tanaka结果进行了对比,可以发现,随着纤维含量的增加,纤维增强复合材料的弹性模量也越来越大。泊松比则相反。从而验证了边界元法可以与均匀化理论相结合有效求解复合材料宏观力学性能;研究了碳化硅颗粒增强铜基复合材料界面损伤问题,建立单向拉伸和双向拉伸边界条件下的单胞边界元模型,分析了不同长度界面裂纹对其性能的影响,结果发现,随着周向裂纹的增大,材料抗拉性能不断降低。裂尖附近的第一主应力的应力集中系数先增大后减小。
郭昱彤[8]（2020）在《功能梯度材料板裂纹尖端应力强度因子研究》文中提出梯度功能材料的产生是为了满足实际生产中的使用要求而研发的新型材料。它是以普通材料为辅助,利用复合技术不断改变组成要素,使得其组分和结构从一个方向到另一个方向连续变化,进而得到功能随着组成要素缓变的材料。它在许多领域都有应用,因此考虑功能梯度材料的安全性是必不可少的。所以,研究这种材料的断裂行为显得尤为重要了。本文首先考虑了具有静态裂纹和运动裂纹的反平面载荷作用下的无限大板裂纹尖端的力学性态,其次考虑了具有动态裂纹的反平面载荷作用下的无限长条裂纹尖端的力学性态。以任意次负指数幂函数来表示切变模量。引入余弦变换,利用该变换将控制方程转化成标准的Bessel积分方程,然后依据代入法获得对偶积分方程。凭借Copson-Sih法给出对偶积分方程数值解法的过程。数值分析了无限大板和无限长条梯度功能材料裂纹尖端的应力强度因子。这些结果为材料界研究裂纹的断裂行为作出了贡献。最后,主要考虑非均匀系数、裂纹长度、裂纹速度和梯度参数对应力强度因子的影响。
潘东[9]（2020）在《切口应力及热流强度因子计算》文中研究说明结构中由于材料、几何或者边界条件的不连续,会产生各种形式的切口,其尖端会产生应力或热流奇异,对结构的安全运维产生很大影响。切口的应力和热流强度研究,对结构的安全评估、寿命预测等具有较强的指导意义。文章基于边界元法计算出切口尖端附近内点的位移或温度等物理参量,结合奇性特征分析获得的切口奇性指数和特征角函数,代入切口尖端位移或温度的渐近展开式,计算获得了切口的应力或热流应力强度因子。论文的主要工作如下:首先,采用取点法计算单材料切口的应力强度因子。利用弹性力学边界元法计算得到单材料切口尖端附近的位移场;再利用数值方法求解单材料切口的奇性特征方程,获取单材料弹性切口的奇性指数和特征角函数;将切口尖端的位移场按照Williams渐近展开,并将计算得到的位移值、奇性指数以及特征角函数代入其中,求解出渐近展开式中的展开系数;最后根据应力强度因子和展开系数的数量关系,确定出单材料切口的应力强度因子。其次,采用取点法计算双材料切口的应力强度因子。利用弹性力学多域边界元法程序,计算出双材料切口附近的位移场;构建双材料切口弹性力学的奇性特征方程,通过数值求解获得双材料切口的奇性指数和特征角函数;再将双材料切口尖端的位移表示为有限个奇性指数和特征角函数的线性组合;将已计算出的内点位移值、奇性指数和对应内点方向的特征角函数代入上述的线性组合,可以计算出双材料切口的应力强度因子。再次,采用取点法计算各向同性材料、正交各向异性材料和完全各向异性材料切口的热流密度强度因子。利用位势边界元法计算出各种材料切口尖端附近内点的温度;将切口尖端附近小扇形域内的热流密度按渐近展开,导出了关于切口热流的奇性特征方程,求解获取不同材料切口的热流奇性指数和特征角函数;根据内点的温度和奇性指数以及对应该内点方向的特征角函数,反算出切口尖端附近温度渐近展开的展开系数,继而获得切口的热流密度强度因子。最后,采用取点法计算各向同性-正交各向异性、各向同性-完全各向异性、正交各向异性-完全各向异性等5种双材料粘接切口的热流强度因子。利用多域位势边界元法计算出粘接材料切口尖端的温度场;研究建立了粘接材料切口的热流奇性特征方程,并用数值求解获得了粘接材料切口的热流奇性指数和特征角函数;将内点的温度场值和奇性特征分析结果结合,计算出了双材料切口的热流密度强度因子。
徐旺[10]（2019）在《含界面V型切口结构断裂的辛离散有限元方法》文中研究说明随着我国综合国力的不断提升,中国制造业正在逐步迈向世界前列。“十三五”规划明确指出,我国将在现阶段实施高端装备创新发展工程,加快建设制造强国。在高端装备制造过程中,将不可避免的涉及大量的复杂结构和材料,如海洋工程装备中的复杂板架结构、智能制造装备中电磁弹性复合材料。由于材料和结构在界面处的不连续性,在设备制造或使用过程中会在界面处产生裂纹,并逐步演化为V型切口。因此,研究含V型切口的材料和结构,提高装备的抗断裂性能,具有重要的实际意义。此外,不同于传统的界面裂纹问题（缺陷的角度固定为零度）,切口尖端处的应力奇异性和应力场分布与切口的几何参数高度相关。现有文献尚未对有限尺寸的含界面V型切口结构的断裂问题提出有效分析方法。因此,提出一种适用于该类含V型切口材料和结构断裂分析的理论方法并发展相关理论,具有重要的理论意义。综上所述,本文针对含界面V型切口的多材料受弯板结构和承受反平面载荷的双材料压电及电磁材料结构,提出了一种能够有效分析和评估其断裂行为的辛离散有限元方法,该方法可以精确计算表征V型切口尖端应力场奇异性的断裂参数,并直接获得切口尖端附近的物理场解析表达式。本文的主要研究工作如下:（1）建立了含V型切口多材料板结构弯曲断裂分析的哈密顿求解体系,获得了该问题的解析解。通过与有限元方法相结合,进一步提出一种针对含界面V型切口的板结构弯曲断裂分析的辛离散有限元方法,直接获得切口的断裂参数以及尖端附近的奇异物理场解析表达式。研究工作从板弯曲断裂问题的基本方程出发,通过引入对偶变量和哈密顿变分原理推导出原问题在哈密顿体系下的对偶控制方程。从而将问题转化为辛空间下的本征值和本征解问题,并通过分离变量法直接获得以辛本征解级数展开形式表示的基本未知量的通解形式。其次,根据相邻材料区域的界面连接条件和坐标转换关系,建立各材料区域未知量解中待定系数在整体坐标系中的关系,并结合切口面的自由边界条件获得辛本征值和本征解,进而获得多材料板弯曲问题物理场的解析解。再次,将整体结构采用Kirchhoff理论单元进行离散,并将含V型切口的多材料板结构划分为两类区域,即包含切口尖端的近场和远离切口尖端的远场。在近场内,以获得切口尖端解析表达式作为全局插值函数,将近场内的大量节点未知量转换为少量的辛本征解系数。同时,保持远场内节点未知量不变。由此获得适用于含V型切口多材料板断裂分析的辛离散有限元方法列式。最后,结合具体外边界条件可以直接获得该类有限尺寸结构中V型切口的断裂参数以及切口尖端附近的奇异物理场解析表达式。研究结果表明,表征应力奇异性的本征解项数与材料单元数量、材料参数比和结构几何形状相关;模较小的前两项本征值存在两种形式:（ⅰ）两个不同的实数本征值和（ⅱ）一对共辄复数本征值;在该类多材料板结构中,靠近切口延伸方向的界面更容易发生张开型断裂,远离切口延伸方向的界面更容易发生滑开型断裂。（2）建立了含界面V型切口的双压电/电磁材料结构在反平面荷载作用下的断裂问题哈密顿求解体系,将进一步获得了适用于该类材料断裂参数计算的辛离散有限元方法。与传统弹性材料不同,压电/电磁材料均为多场耦合材料,无法利用弹性问题中获得基本变量建立哈密顿体系。为解决该问题,研究工作首先利用勒让德变换获得压电/电磁材料断裂问题中的基本未知量,证明垂直面内方向位移与广义剪力、电势与广义电位移、磁势与广义磁感应强度互为对偶变量。利用获得的基本变量和该问题的拉格朗日函数推导出相应的哈密顿函数,进而获得该问题在哈密顿体系下的控制方程。其次,根据材料间的界面连接条件和切口面的自由边界条件,推导了含界面V型切口的双压电/电磁材料结构的辛本征值和本征解,并获得由本征解展开形式表示的解析解。再次,推导压电和电磁材料反平面断裂分析的有限元列式,并对整体结构进行网格划分及区域划分（近场和远场）。在近场内,将节点坐标代入位移、电势和磁势的解析解,建立近场节点未知量与辛解析系列系数的关系,从而构造出适用于含V型切口双压电/电磁材料断裂分析的辛离散有限元方法列式。最后,结合结构的外边界条件获得V型切口的弹性场、电场和磁场断裂参数,以及切口尖端附近的奇异应力场和电磁场。数值算例表明,切口尖端的应力奇异性阶数与材料的属性无关,与切口的角度成反比,断裂参数随切口的长度和角度增大而增大。对于压电材料结构,结构对称性越高,应力强度因子和能量释放率越大,电位移强度因子越小。而电磁材料结构对称性越高,应力强度因子、电位移强度因子和能量释放率越大,磁感应强度因子越小。
二、关于各向异性纤维复合材料板裂纹尖端应力场的探讨（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、关于各向异性纤维复合材料板裂纹尖端应力场的探讨（论文提纲范文）
（1）集成竹Ⅰ型层内/层间断裂试验研究与理论分析（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 集成竹材料的断裂特性 |
| 1.2.1 断裂准则 |
| 1.2.2 断裂分析方法 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 1.5 技术路线图 |
| 第二章 集成竹Ⅰ型层内和Ⅰ型层间断裂试验研究 |
| 2.1 概述 |
| 2.2 试验简介 |
| 2.2.1 试验材料 |
| 2.2.2 预制初始裂纹制备 |
| 2.2.3 试件制备 |
| 2.2.4 Ⅰ型双悬臂梁夹具制备 |
| 2.2.5 试验主要设备 |
| 2.2.6 试验步骤和数据处理方法 |
| 2.3 Ⅰ型层内断裂试验结果与分析 |
| 2.3.1 破坏现象 |
| 2.3.2 破坏机理 |
| 2.3.3 试验结果 |
| 2.4 Ⅰ型层间断裂试验结果与分析 |
| 2.4.1 破坏现象 |
| 2.4.2 破坏机理 |
| 2.4.3 试验结果 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 集成竹Ⅰ型层内/层间断裂理论模型 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 集成竹Ⅰ型层内(Intralaminar)断裂理论模型 |
| 3.2.1 SL-CZM模型及基本假定 |
| 3.2.2 裂纹尖端场方程和模型本构参数 |
| 3.2.3 裂纹尖端场方程的解 |
| 3.2.4 柔度方程与断裂能方程解析式 |
| 3.2.5 试验验证 |
| 3.3 集成竹Ⅰ型层间(Interlaminar)断裂理论模型 |
| 3.3.1 BL-CZM模型及基本假定 |
| 3.3.2 裂纹尖端场方程 |
| 3.3.3 裂纹尖端场方程的解 |
| 3.3.4 柔度方程 |
| 3.3.5 断裂能求解 |
| 3.3.6 模型本构参数 |
| 3.3.7 试验验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 集成竹Ⅰ型层间和层内断裂能测定及尺寸影响研究 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 应变能释放率 |
| 4.2.1 修正梁理论法(MBT) |
| 4.2.2 柔度标定法(CC) |
| 4.2.3 修正柔度标定法(MCC) |
| 4.3 DIC法追踪裂纹尖端F-α |
| 4.3.1 DIC测量基本原理 |
| 4.3.2 裂纹尖端的判定 |
| 4.3.3 F-α曲线和断裂韧度 |
| 4.4 尺寸影响研究 |
| 4.4.1 初始裂纹长度对断裂韧性的影响 |
| 4.4.2 试件长度对断裂韧性的影响 |
| 4.4.3 试件高度对断裂韧性的影响 |
| 4.4.4 试件厚度对断裂韧性的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 集成竹Ⅰ型层间平面应变断裂韧度的数值模拟研究 |
| 5.1 概述 |
| 5.2 基本理论 |
| 5.2.1 虚拟裂纹闭合法 |
| 5.2.2 内聚力模型 |
| 5.3 Ⅰ型层间断裂问题的基准分析 |
| 5.4 模型的建立 |
| 5.4.1 VCCT模型 |
| 5.4.2 CZM模型 |
| 5.5 结果与讨论 |
| 5.5.1 VCCT分析结果与讨论 |
| 5.5.2 CZM分析结果与讨论 |
| 5.5.3 试验结果对比与讨论 |
| 5.6 平面应变断裂韧度的确定 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.1.1 主要研究成果 |
| 6.1.2 主要创新点 |
| 6.2 展望 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 参考文献 |
（2）考虑90°子铺层与纤维粘结的T300/69层合板断裂韧性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景和意义 |
| 1.2 复合材料断裂研究现状 |
| 1.2.1 断裂力学发展历史 |
| 1.2.2 复合材料研究现状 |
| 1.3 本文创新点 |
| 1.4 主要研究内容及章节安排 |
| 1.4.1 研究内容技术路线 |
| 1.4.2 章节安排 |
| 第2章 复合材料的断裂与桥联模型的应用 |
| 2.1 复合材料断裂力学基本原理 |
| 2.2 断裂力学中的能量原理 |
| 2.2.1 能量释放率 |
| 2.2.2 能量释放率G与应力强度因子K的关系 |
| 2.3 复合材料的损伤与损伤特性 |
| 2.4 桥联模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 含裂纹复合材料层合板有限元模拟 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 ABAQUS软件和XFEM方法 |
| 3.3 扩展有限元计算分析 |
| 3.3.1 计算控制参数设定 |
| 3.3.2 中心贯穿裂纹复合材料层合板有限元模拟结果 |
| 3.3.3 归一化应变能释放率 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 T300/69 复合材料层合板紧凑拉伸试验 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 紧凑拉伸试验 |
| 4.2.1 紧凑拉伸试验件 |
| 4.2.2 试验设备 |
| 4.2.3 常规力学性能 |
| 4.2.4 紧凑拉伸试验 |
| 4.3 紧凑拉伸试验结果及分析 |
| 4.3.1 载荷—位移曲线 |
| 4.3.2 T300/69 复合材料层合板不同铺层断口分析 |
| 4.3.3 试验结果 |
| 4.3.4 断裂时间对比分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 T300/69 复合材料层合板断裂韧性修正模型 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 T300/69 复合材料层合板断裂韧性修正 |
| 5.2.1 多向层合板的断裂韧性 |
| 5.2.2 复合材料的细观分析 |
| 5.2.3 考虑90°铺层及纤维脱粘的断裂韧性计算方法 |
| 5.3 结果对比验证 |
| 5.4 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 总结 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录A 攻读学位期间发表的科研成果 |
（3）断裂力学中复变方法的应用与发展研究（1909-2019）（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| abstract |
| 第1章 导论 |
| 1.1 历史背景及选题意义 |
| 1.1.1 断裂现象与断裂力学 |
| 1.1.2 利用复变方法表述断裂现象的力学特征 |
| 1.1.3 复变方法应用于断裂力学的重要意义和价值 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 对断裂力学理论发展历史的研究 |
| 1.2.2 对复变函数理论发展进程的研究 |
| 1.2.3 对断裂力学中复变方法的应用研究 |
| 1.3 问题的提出研究方法和思路 |
| 1.3.1 问题的提出 |
| 1.3.2 研究方法和思路 |
| 1.4 本文创新点 |
| 第2章 断裂力学的形成与发展 |
| 2.1 断裂力学产生的早期准备——英格里斯解 |
| 2.2 格里菲斯与“表面能”概念的提出 |
| 2.3 奥罗万对格里菲斯理论的理解与发展 |
| 2.4 欧文以及应力强度因子 |
| 2.5 中国学者对断裂力学的形成所作的贡献 |
| 第3章 20世纪初到中叶断裂力学中复变方法的应用缘起和初步发展 |
| 3.1 复变函数理论发展概述 |
| 3.1.1 复数理论的萌芽 |
| 3.1.2 复数理论的发展 |
| 3.1.3 复变函数理论的系统化 |
| 3.2 科洛索夫所做的开创性工作及其影响 |
| 3.3 穆斯海利什维利与他的平面弹性理论经典论着 |
| 3.3.1 穆斯海利什维利的生平简介 |
| 3.3.2 穆斯海利什维利的专着《数学弹性力学的几个基本问题》 |
| 3.3.3 《数学弹性力学的几个基本问题》中的复变函数思想 |
| 第4章 20世纪中后期(1950-1990)复变方法在断裂力学中的应用情况 |
| 4.1 英格兰德对弹性力学中复变方法的总结 |
| 4.2 中国学者对复变方法的发展 |
| 第5章 20世纪90年代后复变方法在经典断裂领域的发展 |
| 5.1 断裂动力学问题的求解 |
| 5.2 在单一缺陷问题中的应用 |
| 5.3 在孔边裂纹缺陷上的应用 |
| 5.4 复合材料断裂复变方法 |
| 第6章 复变方法在新型材料断裂力学中的应用 |
| 6.1 固体准晶的发现 |
| 6.2 复变方法在固体准晶弹性中的应用 |
| 6.2.1 一维准晶弹性复变方法 |
| 6.2.2 二维准晶弹性复变方法 |
| 6.2.3 三维准晶弹性复变方法 |
| 6.3 压电准晶材料中复变方法的应用 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士期间发表的学术论文目录 |
（4）复合材料连接静动态力学性能实验与数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 复合材料应用及分析方法研究现状 |
| 1.2.1 复合材料应用现状 |
| 1.2.2 复合材料分析方法研究现状 |
| 1.3 复合材料连接分析研究现状 |
| 1.3.1 复合材料机械连接研究现状 |
| 1.3.2 复合材料胶接连接研究现状 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 第2章 复合材料本构模型及关键参数确定 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 编织复合材料三维本构模型 |
| 2.2.1 非线性弹性阶段 |
| 2.2.2 损伤起始准则 |
| 2.2.3 渐进损伤演化 |
| 2.2.4 三维子程序的实现 |
| 2.3 单向复合材料三维本构模型 |
| 2.4 材料模型关键参数获取方法 |
| 2.4.1 实验测量材料刚度及强度 |
| 2.4.2 细观模型预测泊松比及刚度 |
| 2.5 本构模型有效性验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 公差配合区间对复合材料连接力学性能的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 数值模型的建立及验证 |
| 3.2.1 数值模型建立 |
| 3.2.2 数值模型验证 |
| 3.3 复合材料机械连接关键界面参数敏感性分析 |
| 3.3.1 界面参数区间定义 |
| 3.3.2 敏感性分析方法 |
| 3.3.3 敏感性分析结果 |
| 3.4 关键界面参数6δ分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 面外静态载荷下复合材料连接力学性能分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 面外静态载荷力学性能实验 |
| 4.2.1 试件制备方法 |
| 4.2.2 准静态三点弯曲实验过程 |
| 4.2.3 准静态三点弯曲实验结果 |
| 4.3 复合材料连接面外静态载荷数值模拟分析 |
| 4.3.1 胶接界面模拟方法 |
| 4.3.2 铆钉及预紧力模拟方法 |
| 4.3.3 复合材料连接数值模型 |
| 4.4 热塑性复合材料连接模型验证及参数分析 |
| 4.4.1 数值模型验证 |
| 4.4.2 几何参数对复合材料连接力学性能的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 面外动态载荷下复合材料连接力学性能分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 落锤冲击实验及结果 |
| 5.2.1 落锤冲击实验过程 |
| 5.2.2 落锤冲击实验结果 |
| 5.3 动态载荷下热塑性编织复合材料连接模型验证 |
| 5.4 数值模型参数对动态力学响应的影响分析 |
| 5.4.1 边界条件对连接冲击性能的影响 |
| 5.4.2 铺层角度对连接冲击性能的影响 |
| 5.4.3 冲击能量对连接冲击性能的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 面外加载速率对复合材料连接力学性能的影响 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 试件制备及实验方法 |
| 6.2.1 试件制备方法 |
| 6.2.2 面外冲头不同加载速率实验方法 |
| 6.3 面外不同加载速率下实验结果 |
| 6.3.1 面外不同加载速率下力-位移结果 |
| 6.3.2 面外不同应变加载速率力-时间历程结果 |
| 6.3.3 面外不同加载速率下能量耗散实验结果 |
| 6.4 率相关性数值模型验证 |
| 6.4.1 数值模型率相关性本构模型 |
| 6.4.2 数值模型验证 |
| 6.5 不同冲击速率对连接结构力学响应的影响 |
| 6.6 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录 |
| 附录B 攻读学位期间所主持或参加的项目 |
（5）基于红外热像技术的风力发电机缺陷叶片疲劳损伤研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 疲劳损伤的能量耗散理论研究进展 |
| 1.2.2 风力发电机叶片疲劳损伤无损检测技术研究进展 |
| 1.2.3 基于热力熵的疲劳损伤研究进展 |
| 1.3 存在的主要问题 |
| 1.4 课题研究目标和研究内容 |
| 1.4.1 研究目标 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 第2章 缺陷叶片疲劳损伤的红外热像试验研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基本理论 |
| 2.2.1 红外热像的基础定律 |
| 2.2.2 疲劳损伤的热力耦合方程 |
| 2.2.3 疲劳极限方法概述 |
| 2.3 试验研究 |
| 2.3.1 材料及试件制备 |
| 2.3.2 试验平台 |
| 2.3.3 试件发射率测定 |
| 2.3.4 试验过程 |
| 2.4 试验结果与分析 |
| 2.4.1 分层缺陷叶片疲劳损伤的红外热像图分析 |
| 2.4.2 气孔缺陷叶片疲劳损伤的红外热像图分析 |
| 2.4.3 疲劳损伤的表面温度分析 |
| 2.4.4 疲劳极限结果与分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 疲劳损伤的热耗散温度测量方法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 缺陷叶片热耗散温度场模型 |
| 3.2.1 叶片复合材料的应力场 |
| 3.2.2 叶片复合材料的屈服准则 |
| 3.2.3 温度场模型 |
| 3.3 验证模型的试验研究 |
| 3.3.1 材料和试件制备 |
| 3.3.2 试验平台和试验过程 |
| 3.4 试验结果与分析 |
| 3.4.1 疲劳损伤的红外热像图分析 |
| 3.4.2 热耗散温度场分析 |
| 3.5 红外热像仪检测温度的调整方法 |
| 3.5.1 数据处理方法 |
| 3.5.2 试验方法 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 缺陷叶片的疲劳内储能分析与损伤机理探究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 疲劳损伤内储能的理论计算 |
| 4.3 缺陷叶片的疲劳内储能研究 |
| 4.3.1 试件方案 |
| 4.3.2 微裂纹缺陷的结果与分析 |
| 4.3.3 分层缺陷的结果与分析 |
| 4.4 缺陷叶片的疲劳损伤机理研究 |
| 4.4.1 叶片复合材料疲劳损伤类型 |
| 4.4.2 试验原理及平台 |
| 4.4.3 试验过程 |
| 4.5 试验结果与分析 |
| 4.5.1 宏观疲劳损伤机理分析 |
| 4.5.2 微裂纹缺陷的微观疲劳损伤机理分析 |
| 4.5.3 分层缺陷的微观疲劳损伤机理分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 缺陷叶片的临界疲劳损伤研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 热力熵的基本理论 |
| 5.3 基于热力熵的疲劳损伤模型 |
| 5.4 临界疲劳损伤的试验研究 |
| 5.4.1 试件制备 |
| 5.4.2 试验平台 |
| 5.4.3 试验过程 |
| 5.4.4 试验结果与分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 在学研究成果 |
| 致谢 |
（6）V形切口热弹奇性指数与强度系数研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 切口奇异性强度研究概况 |
| 1.2.1 均质材料切口 |
| 1.2.2 复合材料切口 |
| 1.2.3 功能梯度材料切口 |
| 1.3 插值矩阵法简介 |
| 1.4 本文的研究目的、意义与内容 |
| 1.4.1 研究目的和意义 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 第二章 单材料V形切口热弹奇性特征分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 平面切口热弹奇性特征方程 |
| 2.3 反平面切口奇性特征方程 |
| 2.4 数值算例与分析 |
| 2.4.1 各向同性材料平面切口 |
| 2.4.2 正交各向异性材料平面切口 |
| 2.4.3 复合材料反平面切口 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 多材料V形切口热弹奇性特征分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 多材料切口热弹奇性特征方程 |
| 3.2.1 多材料平面切口热弹奇性分析 |
| 3.2.2 多材料反平面切口奇性分析 |
| 3.3 数值算例与分析 |
| 3.3.1 双各向同性材料切口 |
| 3.3.2 尖端终止于界面的双材料V形切口 |
| 3.3.3 三各向异性材料V形切口 |
| 3.3.4 多材料结头与锐形夹杂物 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 功能梯度材料切口热弹奇性特征分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 功能梯度材料平面切口奇性分析 |
| 4.3 功能梯度材料反平面切口奇性分析 |
| 4.4 数值算例与分析 |
| 4.4.1 材料属性按指数函数变化的切口 |
| 4.4.2 材料属性按幂函数变化的切口 |
| 4.4.3 材料属性按倒数函数变化的切口 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 动态V形切口热弹奇性特征分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 动态V形切口热弹特征方程 |
| 5.2.1 单材料动态V形切口特征方程 |
| 5.2.2 双材料动态V形切口特征方程 |
| 5.3 数值算例与分析 |
| 5.3.1 单材料动态V形切口 |
| 5.3.2 双材料动态V形切口 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 奇异分离法确定V形切口尖端热弹奇异场 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 奇异分离弧形边界上物理量的表达 |
| 6.3 物理场渐近展开式的幅值系数计算 |
| 6.3.1 热流场级数展开式幅值系数 |
| 6.3.2 应力场级数展开式幅值系数 |
| 6.4 数值算例 |
| 6.4.1 对称V形切口 |
| 6.4.2 斜切口 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 超定法计算V形切口热弹强度系数 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 热弹场渐近展开式的幅值系数计算 |
| 7.3 数值算例与分析 |
| 7.3.1 各向同性材料平面V形切口 |
| 7.3.2 正交各向异性材料V形切口 |
| 7.3.3 完全各向异性材料V形切口 |
| 7.3.4 多复合材料结头与锐形夹杂物 |
| 7.4 超定法的稳定性与收敛性分析 |
| 7.4.1 节点数以及节点与切口尖端距离对计算结果的影响 |
| 7.4.2 节点数据选择组合方式对计算结果的影响 |
| 7.5 本章小结 |
| 第八章 结论与展望 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录A |
| 攻读博士学位期间的学术活动及成果情况 |
（7）基于边界元方法的非均质材料断裂问题分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究意义 |
| 1.2 边界元法研究现状与发展 |
| 1.3 裂纹问题边界元法研究现状与发展 |
| 1.4 本文的主要工作 |
| 第二章 边界元法基本原理 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 平面应力问题边界元分析 |
| 2.2.2 基本方程 |
| 2.2.3 边界积分方程 |
| 2.2.4 边界积分方程离散化 |
| 2.2.5 域内点的位移及应力公式 |
| 2.3 弹性力学空间问题边界元理论 |
| 2.4 算例分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 裂纹模型边界元分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 边界元法在断裂力学中的应用 |
| 3.2.1 断裂力学理论基础 |
| 3.2.2 分区子域边界元法 |
| 3.3 分区子域边界元法在断裂力学问题中的应用 |
| 3.3.1 分区子域边界元裂纹分析模型 |
| 3.3.2 二维断裂问题 |
| 3.3.3 三维断裂问题 |
| 3.3.4 工程断裂问题的应用 |
| 3.4 两相非均质材料断裂分析 |
| 3.5 两相非均质材料应力强度因子研究 |
| 3.5.1 双材料界面裂纹应力强度因子理论 |
| 3.5.2 两相非均质材料中心裂纹应力强度因子计算 |
| 3.5.3 两相非均质材料单边裂纹应力强度因子计算 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 复合材料力学性能及界面裂纹分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 均匀化理论 |
| 4.2.1 复合材料力学基础 |
| 4.2.2 均匀化过程 |
| 4.3 颗粒增强复合材料界面裂纹分析 |
| 4.3.1 单向拉伸边界元模型 |
| 4.3.2 双向拉伸边界元模型 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（8）功能梯度材料板裂纹尖端应力强度因子研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题的背景、意义及发展趋势 |
| 1.2 功能梯度材料的断裂行为研究前景 |
| 1.2.1 功能梯度材料的静态断裂力学研究 |
| 1.2.2 功能梯度材料的动态断裂力学研究 |
| 1.3 本文研究的主要内容及数学方法 |
| 1.3.1 本文研究的主要内容 |
| 1.3.2 本文研究的主要数学方法 |
| 第二章 无限大板功能梯度材料反平面静态裂纹问题的研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基础知识 |
| 2.2.1 数值积分法—Simpson法 |
| 2.2.2 对偶积分方程的数值解法 |
| 2.3 无限大板功能梯度材料反平面静态裂纹的应力强度因子 |
| 2.3.1 切变模量的负指数幂模型 |
| 2.3.2 建立控制方程和边界条件 |
| 2.3.3 对偶积分方程的推导 |
| 2.3.4 裂纹尖端应力场及应力强度因子 |
| 2.3.5 数值模拟 |
| 2.3.6 本节小结 |
| 第三章 无限大板功能梯度材料反平面运动裂纹问题的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 无限大板功能梯度材料反平面运动裂纹的应力强度因子 |
| 3.2.1 切变模量的负指数幂模型 |
| 3.2.2 偏微分方程的导出 |
| 3.2.3 对偶积分方程的推导 |
| 3.2.4 裂纹尖端处的动态应力强度因子 |
| 3.2.5 图象模拟数值 |
| 3.2.6 本节小结 |
| 第四章 无限长条梯度功能材料反平面动态裂纹问题的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 无限长条梯度功能材料反平面动态裂纹的应力强度因子 |
| 4.2.1 切变模量的负指数幂模型 |
| 4.2.2 对偶积分方程的推导 |
| 4.2.3 动态应力强度因子 |
| 4.2.4 本节小结 |
| 第五章 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间公开发表的学术论文目录 |
（9）切口应力及热流强度因子计算（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 边界元法简介 |
| 1.3 切口应力奇异强度研究现状 |
| 1.4 切口热流强度研究现状 |
| 1.5 本文的主要研究内容 |
| 第二章 单材料切口应力强度因子的计算 |
| 2.1 边界元法计算内点位移 |
| 2.2 单材料切口奇性指数和特征角函数计算 |
| 2.3 内点法计算切口应力强度因子 |
| 2.4 数值算例 |
| 2.4.1 含对称切口试件受单向拉伸 |
| 2.4.2 含斜切口试件受单向拉伸 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 双材料切口应力强度因子的计算 |
| 3.1 多域弹性力学边界元法 |
| 3.2 双材料切口奇性指数和特征角函数计算 |
| 3.3 边界元法计算双材料切口应力强度因子 |
| 3.4 数值算例 |
| 3.4.1 双材料对称切口试件 |
| 3.4.2 双材料三点弯曲试件切口 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 单材料切口热流密度强度因子计算 |
| 4.1 单材料位势边界元法 |
| 4.2 单材料切口尖端热流奇异性指数 |
| 4.3 单材料切口热流强度因子的计算 |
| 4.4 数值算例 |
| 4.4.1 各向同性材料切口热流强度因子 |
| 4.4.2 正交各向异性材料切口热流强度因子 |
| 4.4.3 完全各向异性材料切口热流强度因子 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 双材料切口热流强度因子计算 |
| 5.1 位势多域边界元法 |
| 5.2 双材料切口热流奇异性分析 |
| 5.3 双材料切口热流强度因子 |
| 5.4 数值算例 |
| 5.4.1 各向同性材料与正交各向异性材料粘结切口 |
| 5.4.2 各向同性材料与完全各向异性材料粘结切口 |
| 5.4.3 正交各向异性材料与正交各向异性材料粘结切口 |
| 5.4.4 正交各向异性材料与完全各向异性材料粘结切口 |
| 5.4.5 完全各向异性材料与完全各向异性材料粘结切口 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 |
（10）含界面V型切口结构断裂的辛离散有限元方法（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外相关工作研究进展 |
| 1.2.1 受弯板结构断裂研究 |
| 1.2.2 压电材料断裂研究 |
| 1.2.3 电磁材料断裂研究 |
| 1.2.4 断裂力学中的辛方法 |
| 1.2.5 辛离散有限元方法 |
| 1.3 本文主要研究思路 |
| 2 含切口双材料板弯曲断裂的辛离散有限元方法 |
| 2.1 含V型切口双材料板弯曲的哈密顿体系 |
| 2.2 辛离散有限元方程 |
| 2.3 奇异性和应力强度系数 |
| 2.4 数值结果和讨论 |
| 2.4.1 算例1:中心含V型切口的均质板 |
| 2.4.2 算例2:边界含界面V型切口的双材料板 |
| 2.4.3 算例3:中心含界面V型切口的双材料板 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 含切口多材料板弯曲界面断裂的辛离散有限元方法 |
| 3.1 含V型切口多材料板弯曲的哈密顿体系 |
| 3.2 奇异性和应力强度系数 |
| 3.3 辛离散有限元方法 |
| 3.3.1 辛离散有限元方程 |
| 3.3.2 辛离散有限元方法的计算过程 |
| 3.4 数值结果和讨论 |
| 3.4.1 算例1:验证和对比 |
| 3.4.2 算例2:多材料板计算结果和参数研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 含切口双压电材料反平面断裂的辛离散有限元方法 |
| 4.1 压电材料反平面问题有限元方法 |
| 4.2 双压电弹性材料反平面问题辛体系 |
| 4.3 强度因子和能量释放率 |
| 4.4 辛离散有限元方法 |
| 4.5 数值结果和讨论 |
| 4.5.1 边界含裂纹的均质压电圆杆 |
| 4.5.2 中心含菱形缺口的压电反平面 |
| 4.5.3 边界含界面V型切口的双材料压电反平面 |
| 4.5.4 含两种类型V型切口的双材料压电反平面 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 含切口双电磁材料反平面断裂的辛离散有限元方法 |
| 5.1 电磁材料反平面问题的有限元方程 |
| 5.2 电磁材料Ⅲ型界面断裂辛体系 |
| 5.3 强度因子和能量释放率 |
| 5.4 辛离散有限元方法 |
| 5.5 数值结果和讨论 |
| 5.5.1 边界含界面裂纹的电磁反平面 |
| 5.5.2 中心含界面菱形缺口的双材料电磁反平面 |
| 5.5.3 边界含界面V型切口的双材料电磁反平面 |
| 5.5.4 含两种类型V型切口的双材料电磁反平面 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
四、关于各向异性纤维复合材料板裂纹尖端应力场的探讨（论文参考文献）
- [1]集成竹Ⅰ型层内/层间断裂试验研究与理论分析[D]. 盛宝璐. 南京林业大学, 2021(02)
- [2]考虑90°子铺层与纤维粘结的T300/69层合板断裂韧性研究[D]. 靳翌帆. 兰州理工大学, 2021
- [3]断裂力学中复变方法的应用与发展研究（1909-2019）[D]. 皮建东. 内蒙古师范大学, 2020(02)
- [4]复合材料连接静动态力学性能实验与数值模拟研究[D]. 陈超. 湖南大学, 2020(02)
- [5]基于红外热像技术的风力发电机缺陷叶片疲劳损伤研究[D]. 王琳琳. 沈阳工业大学, 2020
- [6]V形切口热弹奇性指数与强度系数研究[D]. 姚善龙. 合肥工业大学, 2020
- [7]基于边界元方法的非均质材料断裂问题分析[D]. 王祎玮. 西安电子科技大学, 2020
- [8]功能梯度材料板裂纹尖端应力强度因子研究[D]. 郭昱彤. 太原科技大学, 2020(03)
- [9]切口应力及热流强度因子计算[D]. 潘东. 合肥工业大学, 2020(02)
- [10]含界面V型切口结构断裂的辛离散有限元方法[D]. 徐旺. 大连理工大学, 2019(06)