含裂纹复合柱体的扭转断裂分析

【摘要】： 随着现代工程的发展,复合材料柱体的应用越来越广泛,且由于生产生活的需要,不规则建筑物应运而生,它们在地震中所受的扭转作用不容忽视。故对于复合柱扭转理论的研究不仅是对裂纹柱理论的完善与深化,同时也有相应的实用价值。本文主要研究含裂纹复合柱体的扭转断裂问题,结合钢管混凝土柱的工程实例,进行模型简化与数值计算。在已有的含内裂纹复合裂纹柱体扭转问题的边界积分方程的基础上,推导界面与裂纹相交处位错密度函数的奇异性阶数,运用边界元法求解了两种各向同性材料复合柱体的扭转问题。 当裂纹与界面接触时,裂纹尖端奇异性发生变化,不再是1/2,本文经过推导得出了其尖端奇异性随材料剪切模量比值变化的关系。为解决方程的适定性,提出了新的补充方程。建立了适合含界面辐射裂纹柱体的边界元数值模型,得到扭矩作用下复合柱体裂纹尖端的应力强度因子、应力场和柱体的抗扭刚度,这对各种受扭构件的承载力计算及疲劳分析都有重要的参考意义。 编制Fortran通用计算机程序,并对广泛应用于工程中的钢管混凝土柱具体问题进行数值计算,给出一些典型问题的数值例子,所得结果证明了本文边界元方法的正确性和有效性。这里柱体的截面可以是任意形状的,裂纹形状也可以是任意曲线。