应力集中现象普遍存在于实际工程结构中,给构件造成严重的损伤,大大缩减材料寿命,从而极大地影响着人们的生产和生活。透明材料作为新时代的新型材料,在各个领域都广泛应用,成为了工业产品发展过程中必不可少的材料之一。透明材料构件产生应力集中的现象不可小觑,本文将从实验法和数值法两个部分来研究透明材料的断裂参数。本文的第一部分是利用数字梯度敏感法(DGS)测量透明材料聚甲基丙烯酸甲酯板(PMMA板)的断裂参数。数字梯度敏感法即数字图像相关方法(DIC)与光弹原理相结合,从而获得透明材料变形信息的一种新型光学测量方法。数字梯度敏感法具有非接触式、全场测量、实验环境要求低、实验试样和设备简单、测量范围和测量分辨可调整等优点。因此,数字梯度敏感法比其他的光学测量方法更适用于实际工程的现场测量。从2012年提出到现在经历了多年的发展和改进,数字梯度敏感法的应用越来越受到关注。但是在实际的应用中,由于方法的算法本身和测量系统的原因,导致在位移、应变测量精度上还存在一些不足之处。如实验的加载过程中,试件会不可避免地发生刚体位移,从而影响数字梯度敏感法的测量精度。本文运用数字梯度敏感法测量PMMA板中应力集中区域的转角场和细裂纹或V型缺口尖端的应力强度因子(SIF)。并且考虑数字梯度敏感法在测量过程中不可避免地产生刚体位移对测量精度的影响。用改进的方法实现了数字梯度敏感法在透明材料断裂参数上的高精度测量。本文第一部分的研究工作和成果主要有两个方面:第一,数字梯度敏感法测量PMMA板在应力集中区域的转角场。1.通过对PMMA板进行三点弯曲实验,运用数字梯度敏感法测量得到PMMA板在不同集中载荷作用下应力集中区域附近的转角场实验值,并与解析值进行了对比。2.应用补偿区域法消除实验中不可避免地产生的刚体位移。结果表明,补偿区域法有效地消除了刚体位移的影响,得到了高精度的转角场实验值。第二,数字梯度敏感法测量细裂纹或V型缺口尖端的应力强度因子。1.用数字梯度敏感法测量PMMA板中含单边不同长度的细裂纹和不同开口角度且不同长度的V型缺口尖端的应力强度因子实验值,并与解析值进行了对比。2.本文针对实验中不可避免地产生的刚体位移的影响提出新的偏转角控制方程提取应力强度因子,有效地消除实验中不可避免地产生的刚体位移引起的测量误差。本文的第二部分利用奇异杂交元法计算PMMA板中含单边不同开口角度且不同长度的V型缺口尖端的应力强度因子。奇异杂交元在单元内部和单元边上分别假定独立的应力场和位移场。通过增强应力函数实现了杂交元的奇异性。在应力函数的构造中,除了Airy应力函数外,首次加入了V型缺口的Williams级数展开的奇异应力项,以准确地描述裂纹尖端应力集中。由奇异杂交元法获得应力场函数后,V型缺口尖端的应力强度因子使用线性最小二乘法计算。为了验证用奇异杂交元法的计算结果,本文通过ABAQUS大型工程有限元软件和解析法两种方法进行计算比较,比较结果充分体现了所提出方法的高效、准确的优点。