为了探究不同高度条形缺陷的梁构件动态裂纹扩展规律, 在三点弯曲梁中设计高度分别为22 mm、28.5 mm、35 mm的条形缺陷, 通过数字激光动态焦散线实验系统和落锤冲击试验系统进行研究。结果表明: 不同高度条形缺陷的三点弯曲梁在落锤冲击实验中, 裂纹扩展速度和应力强度因子受缺陷高度影响分两个阶段。第一阶段随着缺陷高度的增加, 裂纹最大扩展速度分别为247.49 m/s、292.49 m/s与284.99 m/s, 呈现先上升后趋于稳定的态势, 起裂应力强度因子随着缺陷高度的增加而变大, 分别为1.480 MPa/m3/2、1.665 MPa/m3/2、1.812 MPa/m3/2; 第二阶段随着缺陷高度的增加,裂纹起裂扩展速度逐步减小分别为634.42 m/s、524.97 m/s、377.67 m/s, KⅠ型起裂应力强度因子逐步减小分别为3.281 MPa/m3/2、3.192 MPa/m3/2、2.876 MPa/m3/2, KⅡ型起裂应力强度因子逐步增大分别为1.254 MPa/m3/2、1.319 MPa/m3/2、1.398 MPa/m3/2, KⅠ-KⅡ复合型应力强度因子经偏转化为KⅠ型应力强度因子。研究结果可为不同形状和不同位置的缺陷构件的动态响应问题提供理论参考。

为明晰残余应力对定向能量沉积（DED）成形316L奥氏体不锈钢疲劳裂纹扩展行为的影响机制，笔者通过与传统316L不锈钢热轧板材疲劳裂纹扩展速率的对比，研究了热处理工艺对DED 316L奥氏体不锈钢件疲劳裂纹扩展速率的影响，并采用有限元方法探究了残余应力对应力强度因子和有效应力比的定量化影响规律。结果表明：有限元法得到的疲劳寿命与试验结果吻合得较好，疲劳寿命预测误差约为4.71%。基于Walker公式的残余应力强度因子K_res通过增加有效应力比影响DED不锈钢件的疲劳裂纹扩展速率。当循环载荷应力比为R=0.1时，DED不锈钢件的有效应力比R_eff为0.122，而经去应力热处理的DED不锈钢件的有效应力比R_eff降为0.117，从而降低了DED不锈钢件的疲劳裂纹扩展速率。

连续拉晶用石英坩埚的内壁会随拉晶次数的增多而形成更多的气泡, 易在晶体中产生位错和侵蚀性硅熔体, 导致坩埚随时间溶解和腐蚀等。为研究侵蚀性硅熔体与气泡相互作用对坩埚的影响, 研究人员期望对石英坩埚的性能进行原位观察, 然而, 单晶炉内的极端高温环境使得很难通过实验手段对其内部进行研究。本文以石英坩埚内表面气孔-裂纹为研究对象, 采用有限元模拟获得了高温循环载荷下石英坩埚不同气孔形态、裂纹形状和裂纹倾斜角度的各拉晶阶段应力强度因子(KⅠ、KⅡ、KⅢ), 分析了总应力强度因子的分布规律。结果表明: 随着裂纹倾斜角的增加, KΙ值呈现逐渐减小的趋势, KⅢ值呈现先增大后减小的趋势, 且KⅢ值沿倾斜角45°对称; 随气孔深径比增大, KΙ值呈现减小趋势, 且减小速率以深径比等于1为界有明显的增大, KⅢKΙ, 说明裂纹主导形式为Ⅰ型; 裂纹形状比对KΙ或KШ值影响显著, 形状比越小, 裂纹尖端应力强度因子值越大; 当倾斜角为0°时, 总应力强度因子K值最大, 此时裂纹扩展趋势最强, 对石英坩埚危害最高; 此外, 连续拉晶下放肩阶段的总应力强度因子总是大于等径、收尾、冷却阶段。仿真结果对实际生产有一定的理论指导意义。

钢纤维可有效阻碍水泥基材料中微裂缝的产生和发展, 提高其抗裂能力。基于Eshebly等效夹杂理论和最大周向应力准则, 获得了平面应力条件下无限大薄板中裂缝与钢纤维相互作用的应力强度因子(SIF)解, 推导了掺入纤维后的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂裂缝尖端最大应力表达式。根据掺入钢纤维前后裂缝尖端最大应力比, 分析了钢纤维方向、位置和弹性模量对增韧效果的影响。结果表明, 钢纤维通过改变裂缝尖端应变场, 影响应力强度因子, 从而降低尖端最大应力。当钢纤维方向与裂缝方向垂直时, 裂缝尖端最大应力比最小, 定向后钢纤维的增韧效果最明显。钢纤维的增韧效果主要受纤维方向影响, 而受纤维弹性模量的影响小。

针对OLED面板COF(Chip on Film)连接过渡区在弯折过程中易发生金属走线断裂的问题，本文对金属走线中裂纹的扩展机理以及抑制裂纹扩展的方法进行了研究。基于复合材料界面裂纹偏转与穿透理论分析了金属走线与有机光阻界面处的裂纹扩展方式，比较了两种金属走线结构在裂纹扩展过程中的应力强度因子变化。仿真结果表明，金属走线与有机光阻的裂纹倾向于沿垂直走线的方向扩展，裂纹沿着界面扩展的趋势很小。对比两种不同金属走线(环状与条状)的应力强度因子发现，环状金属走线内部靠近孔处的应力强度因子降低了95%，能有效抑制金属走线中的裂纹扩展。

激光切割液晶玻璃是一个复杂的激光与材料相互作用的过程。在使用热裂法切割液晶玻璃时，裂纹尖端的应力强度因子(SIF)的大小是决定裂纹是否扩展的关键。使用热权函数技术计算了激光切割过程中裂纹尖端SIF的大小，与断裂判据相比较判断裂纹的扩展情况。研究了激光功率、光斑半径、切割速度和裂纹长度对切割过程中裂纹尖端SIF的影响，结果表明激光功率越大、切割速度越小、光斑半径越小时，裂尖SIF的增大速度越快、峰值越大以及不同裂纹长度下裂尖SIF的增大速度和峰值也不同。并通过实验进行验证，说明了该技术的可行性。

为了研究断裂力学问题中裂纹尖端区域的局部变形场和断裂特性, 采用数字梯度敏感法对带有中心贯穿裂纹的有机玻璃有限宽板条进行了静态实验研究。实验过程中通过CCD记录裂纹尖端区域不同应力状态下的散斑图, 对记录的散斑图进行相关运算, 得到了不同应力状态下裂纹尖端周围区域内的光线偏转角, 并通过偏转角对Ⅰ型裂纹的应力强度因子进行了提取。结果表明, 通过数字梯度敏感方法计算得到的应力强度因子与理论值吻合相对较好。

基于脆性材料在激光辐照下的断裂行为，将可控断裂激光切割技术应用于脆性材料的加工。为了分析脉冲激光辐照脆性材料过程及脉冲激光扫描过程中产生的断裂行为机理，采用数值计算方法建立了含有裂纹的三维有限元热弹计算模型。分析了脉冲激光辐照单晶硅片过程中温度场和热应力场的变化情况，并模拟计算了硅片边缘含有裂纹时裂纹尖端应力强度因子的变化。计算结果表明，在激光加热区域前后位置存在两个拉应力区，且激光加热区域靠近硅片边缘位置时，硅片边缘会产生较大拉应力；脉冲激光扫描硅片过程中，裂纹尖端的应力集中现象诱发材料持续开裂并引导裂纹沿激光扫描方向扩展。得到的结果与文献报道的裂纹扩展过程相符。

以脆性材料的断裂力学为基础，根据化学钢化光学窗口玻璃表面应力分布状态，分析了化学钢化对光学窗口玻璃强度的影响。将Weibull模型与玻璃微裂纹生长理论相结合，分析并提出了化学钢化光学窗口玻璃的强度检验和寿命预测方法，为化学钢化光学窗口玻璃的强度设计和检验提供指导。

新一代空间相机的非球面主镜由一些超轻超薄的分块镜组成，由于目前通用的空间光学反射镜材料非常有限且大部分均为脆性材料，在力的作用下产生强制性的变形将引起镜体大的应力甚至破碎，所以必须研究超薄镜的破坏阈值。首先将弹性力学中应力强度因子的概念引入主动光学中，证明了应力强度因子即传统意义的材料破坏阈值。提出材料表面的微裂纹是材料脆性断裂的根本原因。介绍了一种计算材料应力强度因子的方法。最后针对超薄平面镜模型进行了实例计算，得到了超薄镜的破坏阈值与其尺寸、厚度、支承条件、表面粗糙度之间的关系。