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A fractional differential constitutive model for dynamic stress intensity factors of an anti-plane crack in viscoelastic materials

引用

Acta Mechanica Sinica 2014年第3期30卷 403-409页

作者： Run-Tao Zhan Zhao-Xia Li Lei Wang Department of Engineering Mechanics Southeast UniversityJiangsu Key Laboratory of Engineering Mechanics School of Civil Engineering Southeast University

fractional differential constitutive relationships are introduced to depict the history of dynamic stress inten- sity factors （DSIFs） for a semi-infinite crack in infinite viscoelastic material subjected to anti-plane shear impact load. The basic equations which govern the anti-plane deformation behavior are converted to a fractional wave-like equation. By utilizing Laplace and Fourier integral transforms, the fractional wave-like equation is cast into an ordinary differential equation （ODE）. The unknown function in the solution of ODE is obtained by applying Fourier transform directly to the boundary conditions of fractional wave-like equation in Laplace domain instead of solving dual integral equations. Analytical solutions of DSIFs in Laplace domain are derived by Wiener-Hopf technique and the numerical solutions of DSIFs in time domain are obtained by Talbot algorithm. The effects of four parameters α, β, b1, b2 of the fractional dif- ferential constitutive model on DSIFs are discussed. The numerical results show that the present fractional differential constitutive model can well describe the behavior of DSIFs of anti-plane fracture in viscoelastic materials, and the model is also compatible with solutions of DSIFs of anti-plane fracture in elastic materials.

关键词： Dynamic fracture Stress intensity factors fractional differentiation - anti-plane fracture Viscoelasticmaterial Wiener-Hopf

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