平板表面裂纹开口位移与其深度关系的确定

无限大三维弹性体内超奇异积分方程的解析解表明,位移间断与裂纹深度具有简单的比例系数关系.文章利用有限元法,对带有表面半椭圆型裂纹的平板结构进行计算,得到表面裂纹开口位移和名义应变的比值△u/ε,与表面裂纹深度D,之间同样具有简单的比例系数关系.该比例系数相关于边界条件.据此,文中提出一种裂纹深度估算的方法,并给出实验验证.     

两种材料中界面裂纹能量释放率的仿真研究及与单一材料裂纹比较

针对两种材料界面裂纹,采用弹性断裂理论和复变函数理论建立计算模型.用能量释放率来描述裂纹的扩展情况,并根据界面裂纹能量释放率解析计算方法对不同的材料性质和外荷载,以及不同的板厚度对裂纹扩展时的能量释放率进行了仿真分析,得到了能量释放率和两种材料的弹性模量、外荷载及板的厚度之间的关系变化的曲线.并对界面裂纹和单一材料裂纹的情况进行了分析和比较.     

刚性-压力敏感性材料界面I型准静态扩展裂纹尖端场

为了研究船用工程复合材料的界面裂纹特性,建立了刚性-压力敏感粘弹塑性材料Ⅰ型准静态扩展裂纹的力学模型.在稳态扩展阶段,应力和应变具有相同的奇异量级,即(σ,ε)∝γ<'-1/(n-1)>.引入Airy应力函数,通过渐近分析得出了裂纹尖端应力和应变的分离变量形式的渐近解,并采用打靶法求得了裂纹尖端应力和应变的数值结果.数值计算结果表明,界而裂尖场主要受材料的泊松比和幂硬化指数的控制.通过对裂纹尖端场的渐近分析,从应变角度出发,提出了刚性一压力敏感性材料界面Ⅰ型准静态扩展裂纹的断裂判据.     

缝隙辐射源近远场转换的园柱面等效磁流法

介绍利用圆柱面上的等效磁流源进行缝隙辐射源近场到近场与远场的转换.利用辐射源近场的模拟测量数据确定假设的圆柱面上的等效磁流源,进而推算出其近场和远场辐射特性.采用圆柱面比采用平面更易于工程实现.给出了关于测量近场和等效源之间关系的电场积分方程,并通过矩量法将积分方程转化为矩阵方程.使用奇异值分解法求解矩阵方程的最小二乘解.给出了单个缝隙天线以及缝隙阵列的近场和远场计算结果,与解析公式的计算结果相吻合,从而证明了所提出的方法的正确性.     

基于矩量法的舰艇设备辐射电磁环境预测

借助电磁场数值计算方法,对舰艇设备辐射电磁环境预测技术作了一定研究.根据等效原理及电磁场的连续性原理,由设备近场扫描数据在其辐射口径面上确立等效磁流源及设备与等效源之间联系的电场积分方程,按矩量法原理将电场积分方程转换为矩阵方程并求解,再由等效源计算预测设备辐射电磁环境,计算预测过程用MATLAB语言编写程序代码实现.为了验证理论及演算过程的正确性,设计了验证试验,试验数据与预测结果相比较,一致性较好.     

近自由面三维水翼的水动力时域分析

基于格林定理,将Bankine源和偶极子置于边界面上,用时间步进法计算了近自由面条件下的三维水翼的势流场.其中在自由面采用线性自由面边界条件,在尾涡面上采用偶极子布置以满足Kutta条件.影响系数中的奇异积分及非奇异积分都采用一种精确积分的方法计算.文中确定了计算模型和参数,给出了不同航速、展长及浸深下的数值计算结果,并与相关文献结果进行了对比,证实了该方法是一种可靠、有效的时域算法.     

平行界面的裂纹对应力强度因子的影响

研究了平行界面的裂纹的最大应力强度因子及影响因素.利用体积力方法和格林函数,最大应力强度因子可以表达为裂纹界面距离与弹性模量比的函数.通过数值计算给出了应力强度因子随裂纹形状、界面距离以及弹性常数的分布,并在此基础上利用√area参数分析了裂纹形状对应力强度因子的影响.研究表明,对于平行于界面的裂纹问题,√area参数是应力强度因子的主要控制因素.平行于界面的椭圆裂纹的研究结果可以用于分析任意三维裂纹的最大应力强度因子.     

不同的杨氏模量对含裂纹复合材料板裂纹周围应力的影响研究

不同的杨氏模量对于应力场有着相当的影响.针对含裂纹的复合材料板,根据非均质各向异性弹性理论和复变函数理论解决了裂纹的边界条件问题.建立了基于准确边界条件的边界积分方程,得到了舍裂纹复合材料板裂纹周围应力场的精确解析解.并按照所建立的计算模型对不同的杨氏模量对裂纹周围应力场的影响进行了探讨.     

基于多次透射公式和无奇异边界元法模拟全非线性数值波浪水池

文章基于势流理论对全非线性的三维数值水池进行了模拟,其控制方程由无奇异边界积分方程法(Desingularized Boundary Integral Equation Method,DBIEM)进行离散求解,在求解全非线性的自由面微分方程时,文中采用混合欧拉—拉格朗日法(Mixed Eulerian-Lagrangian,MEL)和四阶Adams-Bashforth-Moulton(ABM4)预报—修正方法,为了避免结果发散即增强数值稳定性,文中采用B样条法来光顺波面.同时,在远方辐射控制面上采用多次透射公式方法(Multi-transmitting Formula,MTF)来进行消波,文中得到的结果与理论解进行了比较,结果表明该方法可用来有效模拟全非线性的数值波浪水池.     

一种处理高阶面元法中奇异积分的方法

对高阶面元法中奇异积分问题进行数值研究,根据面元的大小以及面元到场点的距离,把整个曲面积分分为远场、近场两类,分别对其使用不同的方法以处理Rankine源项所引起的积分奇异问题,对三维球体、椭球体进行数值计算,将结果与解析解和其他方法的计算值的比较表明此计算方法是有效的。     

The crack tip fields of Mode Ⅱ stationary growth crack on bimaterial interface

A mechanical model is established for mode Ⅱ interfacial crack static growing along an elastic-elastic power law creeping bimaterial interface. For frictional contact of boundary conditions on crack faces, asymptotic solutions of the stresses and strains of near tip-crack are got. It was shown that in stable creep growing phase, elastic deformation and viscous deformation are equally dominant in the near-tip field, the stress and strain have the same singularity and there is not the oscillatory singularity the field. Through numerical calculation, it is shown that the frictional coefficient η notably influence the crack-tip field.     

不同的裂纹尺寸对椭圆形裂纹应力强度因子影响的研究

针对平板椭圆形裂纹,提出了椭圆裂纹求解应力强度因子的解析解法,该方法是建立在弹性断裂理论及复变函数理论基础上的。文中针对椭圆裂纹,在具有不同的外荷载,以及不同的椭圆裂纹形状情况下,对应力强度因子进行较为全面的仿真分析。得到了应力强度因子和椭圆裂纹长短轴及所处位置,以及外荷载之间的关系变化的曲线。利用所建立的计算模型,可以非常迅速地求得不同几何参数情况下椭圆裂纹在复杂应力场中沿裂纹周边不同位置的应力强度因子。并对三种不同椭圆裂纹形状情况下的应力强度因子进行了分析和比较。     

Numerical weight function method for the structural analysis of ships: a speedy direct calculation with condensed structural information

The weight function method was originally derived for crack problems to calculate stress intensity factors for arbitrary loading conditions. In this article, a numerical weight function method has been extended to formulate the structural response analyses of two-dimensional elasticity, plate-bending, and three-dimensional plate-structures by using the finite-element method. The solution procedure is based on the well-known Maxwell–Betti reciprocal theorem, which is applied to the original and properly defined auxiliary problems. The present numerical weight function may be considered as a finite-element version of a Green’s function in an integral equation solution scheme. Although ship structures are certainly analysed by the finite-element method in a practical design procedure, the weight function approach has not yet been realized. The method is very useful for the analysis of structures subjected to a vast range of loading conditions, because structural responses can simply be calculated by the inner product of the universal weight function and load vectors. The validity and convergence characteristics of the present method are investigated by two-dimensional elastic and plate-bending problems, respectively. Finally, the method is applied to the calculation of the response amplitude operator of a stress component at a critical structural detail of a double-hull tanker, and the speed and efficiency of the method are quantitatively discussed based on the practical results.     

海洋平台中KK管节点表面裂纹应力强度因子的有限元计算方法

海洋平台中的KK管节点由于长期承受循环载荷而容易在焊缝处产生疲劳表面裂纹.对包含表面裂纹的KK节点的残余寿命的评估依赖于对表面裂纹应力强度因子的准确估算.本文首先提出了KK节点中表面裂纹的有限元网格产生方法,然后采用线弹性断裂力学理论,通过裂纹前缘的位移外推插值法分析了KK节点在轴向力作用下沿着表面裂纹的应力强度因子的分布情况.最后,通过对22个KK节点的模型分析,研究了节点的几何参数和裂纹形状参数对应力强度因子的影响情况.     

Approximate weight functions of stress intensity factor for a wide range shapes of surface and an embedded elliptical crack

This paper describes the application of weight function for stress intensity factor in a surface crack with a wide range of crack shapes. Based on the weight function representation proposed by Wang and Glinka (2009), an extended formulation of the weight function for surfaces and embedded cracks is performed. The unknown parameters in the formulations were determined from reference values of stress intensity factor for a surface and an embedded crack given by finite element analysis with the J integral method. The effectiveness of the proposed weight functions has been verified by comparing with the stress intensity factors given by finite element analysis and available approximated solutions under several loading conditions.     

T型接头焊趾表面裂纹应力强度因子的简化计算方法

T型接头是船舶与海洋结构物的典型结构形式之一,其焊趾处常常是疲劳热点区域。T型接头焊趾表面裂纹的应力强度因子是船舶与海洋结构的、基于断裂力学安全评定和疲劳寿命预测的基础。本文对T型接头表面裂纹应力强度因子的计算方法,尤其是Bow ness等人提出的T型接头焊趾表面裂纹应力强度因子的计算公式进行了分析,在此基础上导出了形式简单,物理意义明确的T型接头焊趾表面裂纹应力强度因子的简化计算公式,并和相关的应力强度因子的计算结果进行了比较,证明了本文简化方法的可行性。     

有效应力强度因子幅值计算模型的验证

裂纹闭合效应在金属疲劳中有着十分重要的作用,裂纹闭合概念已经用于解释变幅载荷作用下的裂纹扩展问题,已提出了许多基于裂纹闭合概念的有效应力强度因子计算模型.黄等人在Newman模型的基础上,提出了考虑因素更全面且便于应用的有效应力强度因子幅计算模型以及变幅载荷下工程结构疲劳寿命预测模型.为了验证该模型对不同材料的有效性和适应性,收集了一些相关的试验数据,和该模型的预测结果对比发现该模型的预测结果和试验数据符合得很好.对几种钢、铝合金和钛合金材料在不同应力比下的裂纹扩展速率数据用该模型转换成用有效应力强度因子表示的裂纹扩展速率,结果表明由有效应力强度因子幅表示的扩展速率将不同应力比下较分散的裂纹扩展率数据集中在一个很小的分散带内,同时得到了有参考价值的的一些结论.     

水波与双圆型透水板的相互作用（英文）

In this paper we have investigated the reflection and the transmission of a system of two symmetric circular-arc-shaped thin porous plates submerged in deep water within the context of linear theory. The hypersingular integral equation technique has been used to analyze the problem mathematically. The integral equations are formulated by applying Green's integral theorem to the fundamental potential function and the scattered potential function into a suitable fluid region, and then using the boundary condition on the porous plate surface. These are solved approximately using an expansion-cum-collocation method where the behaviour of the potential functions at the tips of the plates have been used. This method ultimately produces a very good numerical approximation for the reflection and the transmission coefficients and hydrodynamic force components. The numerical results are depicted graphically against the wave number for a variety of layouts of the arc. Some results are compared with known results for similar configurations of dual rigid plate systems available in the literature with good agreement.