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多材料、多界面体系的断裂特性分析

作　者: 徐浩
导　师: 陈浩然
学　校: 大连理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 改进的虚裂纹闭合技术多相材料连结构件界面断裂能量释放率有限元
分类号: O346.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

大型结构的多材料连接区的断裂特性分析是评价整个结构可靠性的关键因素,本文针对含有橡胶材料的多材料、多界面构件进行断裂分析。首先,基于增量加载的逐步线性化方法,提出了一种同时考虑材料非线性与几何非线性的虚裂纹闭合技术,通过与已有文献的数值对比,证明了该技术的可靠性。在此基础上,建立了含橡胶夹层的复合材料层合板SLB模型,计算了不同材料匹配下的能量释放率及其各型分量。最后,对由金属-橡胶-复合材料组成的多材料构件的断裂特性进行了分析,讨论了组分材料性质,裂纹位置和构件尺寸对能量释放率的影响,并建立相应的起裂准则。通过分析和讨论,得到了以下结论:(1)改进的虚裂纹闭合技术可以同时考虑构件材料非线性和几何非线性的特征,计算方法简便。通过对橡胶材料断裂区的能量释放率总量及其分量的计算可知,在橡胶构件的一定伸长量范围内,该方法有较高的计算精度和计算效率。(2)在复合材料层合板SLB模型中,由于橡胶层的加入,使材料的不匹配性加强,不仅导致Ⅱ型分量的比例呈现明显增大,而且能量释放率总量也随之增大。同时,随着裂纹长度的增加,能量释放率总量及其分量均呈增加趋势。(3)金属-橡胶-复合材料组成的多材料圆柱壳构件的断裂特性分析可知,内层界面前缘的能量释放率要明显大于外层界面前缘的能量释放率,而缠绕层厚度改变对裂纹能量释放率影响要比外层缠绕层的高度变化大。本文工作将对工程结构的设计和分析研究具有参考价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-11
2 线弹性断裂力学  11-24
  2.1 断裂力学的模型  11-12
  2.2 裂纹尖端附近的应力场、位移场  12-14
  2.3 断裂力学的准则  14-24
    2.3.1 K准则  14-15
    2.3.2 能量释放率G,G准则  15-16
    2.3.3 能量释放率G与应力强度因子K的关系  16-18
    2.3.4 J积分理论  18-20
    2.3.5 复合型断裂准则  20-24
3 界面断裂力学理论  24-33
  3.1 界面的力学模型  24-29
    3.1.1 界面相、界面层与中间层  24
    3.1.2 力学模型的必要性和合理性  24-26
    3.1.3 界面的分类  26-28
    3.1.4 界面上的应力奇异点  28-29
    3.1.5 界面上的应力奇异点  29
  3.2 界面裂纹裂尖奇异应力场  29-32
    3.2.1 Dundurs参数  29-30
    3.2.2 界面裂纹的振荡应力奇异性  30-32
  3.3 界面断裂准则  32-33
4 断裂力学的有限单元法  33-43
  4.1 普通单元法  33
  4.2 奇异单元法  33-34
  4.3 奇异等参单元法  34-36
  4.4 J积分法  36-37
  4.5 虚裂纹扩展法  37-39
  4.6 虚拟裂纹闭合技术  39-43
5 多材料、多界面体系的断裂分析  43-53
  5.1 多界面模型  43-44
  5.2 改进的虚裂纹闭合技术  44
  5.3 算例及讨论  44-52
    5.3.1 双裂纹纯剪橡胶试件的断裂分析  44-46
    5.3.2 多材料SLB构件分析  46-48
    5.3.3 多材料、多界面构件数值分析  48-52
  5.4 多材料、多界面构件的裂纹起裂准则  52-53
结论  53-54
参考文献  54-56
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  56-57
致谢  57-58

多材料、多界面体系的断裂特性分析

内容摘要

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