應力強度因子作為表征裂紋尖端彈性應力場的關鍵參量,是在研究材料,尤其是脆性材料的裂紋擴時最關注的一個關鍵斷裂參數。經典的J積分方法,能夠計算出裂尖應力強度因子,但無法分離出混合型裂紋的應力強度因子。交互作用能量積分采用了輔助場的作用,這樣就可以分離出混合裂紋的各型應力強度因子。本文針對非均勻材料典型的三維裂紋問題進行了理論研究。推導了機械載荷作用下非均勻材料三維交互作用能量積分。驗證了一種不含有材料導數項的交互作用能量積分表達式。在熱-機械載荷的條件下,交互作用能量積分的表示形式。為了處理新增的熱相關積分項,采用了一種新的輔助應力場來處理復雜的熱屬性界面問題。擴展有限單元法通過對裂紋附近網格的函數加強,可以有效地應對裂尖應力場奇異性。本文采用此方法來求解計算交互作用能量積分所需要的裂紋尖端相關參量,通過實際的算例驗證了交互作用能量積分方法求解裂紋尖端應力強度因子的有效性和準確性。 

【文章頁數】：96 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 非均勻材料的斷裂行為研究概述
        1.2.1 非均勻材料的靜態(tài)斷裂力學理論
        1.2.2 非均勻材料的動態(tài)斷裂力學理論
    1.3 求解應力強度因子的交互作用積分方法
    1.4 本文的主要研究內容
第2章 三維曲面裂紋應力強度因子的計算方方法
    2.1 引言
    2.2 裂紋前沿正交曲線坐標系
    2.3 積分
        2.3.1 等效區(qū)域積分
        2.3.2 積分的三維表述
        2.3.3 積分與應力強度因子的關系
    2.4 交互作用能量積分的三維表述
        2.4.1 圍道積分形式
        2.4.2 輔助場的選擇
        2.4.3 等效區(qū)域積分
    2.5 包含材料界面的交互作用能量積分
        2.5.1 沿材料界面的正交曲線坐標系
        2.5.2 積分區(qū)域含界面的交互作用能量積分
        2.5.3 沿材料界面的曲面積分
    2.6 分離應力強度因子
        2.6.1 各向同性材料
        2.6.2 各向異性材料
    2.7 本章小結
第3章 熱載荷作用下非均勻材料的交互作用能量積分
    3.1 引言
    3.2 熱彈性基本方程
    3.3 熱載荷下的交互作用能量積分
        3.3.1 熱彈性材料的應變能和交互作用應變能
        3.3.2 熱載荷作用下的輔助場選擇
        3.3.3 等效區(qū)域積分
        3.3.4 熱載荷作用對交互作用能量積分帶來的影響
    3.4 包含材料界面的熱載荷交互作用能量積分
    3.5 具有零平均應力的輔助場
    3.6 本章小結
第4章 基于擴展有限單元法的交互作用積分數值實現(xiàn)
    4.1 引言
    4.2 擴展有限元法的基本原理
        4.2.1 位移模式
        4.2.2 控制方程
        4.2.3 離散方程
    4.3 溫度場和位移場的求解
        4.3.1 溫度場的求解
        4.3.2 位移場的求解
    4.4 交互作用積分的求解
    4.5 裂紋擴展準則
    4.6 數值算例
結論
參考文獻
附錄A 輔助場
    A.1 各向同性材料
    A.2 正交各向異性材料
附錄B 裂紋加強函數的的導數
    B.1 裂紋面加強函數的導數
    B.2 各向同性材料裂尖加強函數的偏導數
    B.3 正交各向異性材料裂尖加強函數的偏導數
攻讀碩士學位期間所發(fā)表的論文
致謝


【參考文獻】：
博士論文
[1]含復雜界面非均勻材料斷裂力學研究[D]. 于紅軍.哈爾濱工業(yè)大學 2010



本文編號：3721147