双材料反平面问题界面端奇异应力场分析

利用位移函数的级数展开,对任意角度的反平面问题界面端的应力场进行了分析研究,得到了全场解。研究一阶场后发现,奇异规律与一般平面问题界面端有显著区别,在界面端关于界面对称的情况下,平角界面端(θ1 = θ2 = θ = 90°) 应力场没有奇异性,其它形状的界面端随着角度θ 从90°到180°,奇异指数也从0到0.5。当界面端是非对称时,平角界面端(θ1 θ2 = 180°)、直角界面端(θ1 = 90°,θ2 = 180°)以及其它形状界面端的奇异指数是一个与两相材料常数比Γ有关的常数。以上两种情况下的应力强度因子完全类似单相材料中裂纹尖端附近应力强度因子,故可根据定义得到     

硬化系数对界面端弹塑性奇异应力场的影响

本文利用弹塑性边界元分析方法,对具有不同硬化系数的线性硬化结合材料界面端进行了计算,分析结果表明,当硬化系数较大时,界面附近的弹塑怀应力与将弹塑性本构关系简化为线性后得到的理论结果相接近,而当硬化系数相对较少时,理论分析的奇异应力场的主控区变得非常小,在屈服域的绝大部分区间,应力奇异性与理论解有较大区别,本文的结果还表明,硬化系数越小,过渡区（弹塑性厅异应力场支配区到屈服边界）越大,屈服区域应力分布变得平坦,在小规模屈服条件异次数一致）,即可用弹性厅异应力场来近似地描述小规模屈服时的弹塑性界面端,但应力强度系数则比弹性时略大,且随硬化系数的减小而增大。     

双材料界面端附近的奇异应力场

本文利用弹性力学中的Ｇｏｕｒｓａｔ公式，具体地给出了具有任意接合角的异材界面端附近的奇异应力场和位移场；所得到的关于应力奇异性次数的特征方程，与Ｂｏｇｙ利用Ｍｅｌｌｉｎ变换求得的结果完全一致。本文的结果还表明：材料常数对接合材料力学性能的影响可只用两个组合参数来描述。     

界面端附近裂纹的应力强度因子

结合材料的断裂形式可分为从界面端产生裂纹（沿界面或向母材内部层折）然后断裂与稍稍离开界面端处产生裂纹然后断裂这两种情况，在金属／陶瓷类结合材料中，后者出现的概率更大，本文利用结合材料界面端的奇异应力场和叠加原理，给出了界面端附近裂纹的应力强度因子近似计算公式，并用边界元数值计算验证了其有效性。     

黏弹性接触界面端附近的奇异应力场

研究蠕变加载条件下线黏弹性材料接触界面端附近的奇异应力场问题.考虑接触界面的摩擦,假设界面端的滑移方向不改变,相对滑移量微小,且其与位移同量级,由此线性化局部边界条件,根据对应原理得到Laplace变换域中的界面端应力场,导出时域中奇异应力场的卷积积分表达式.对卷积积分核函数进行数值反演,考虑接触材料的两类组合,一是持久模量具有量级上的差异,另一是持久模量接近相同.算例结果证实核函数可以用准弹性法求得的解析式较准确地近似.在此基础上,利用积分中值定理,并引入各应力分量的修正系数,得到黏弹性奇异应力场的简化式.结合核函数的数值反演结果分析修正系数表达式的取值范围,得到如下结论,若两相接触材料的持久模量相差很大,可以采用准弹性解的解析式较准确地描述界面端的奇异应力场;一般情况下,应力场不存在统一的奇异值和应力强度系数,当采用类似于准弹性解的表达式近似给出黏弹性应力场时,可以估计此近似描述的误差限.文中最后采用有限元分析黏弹性板端部嵌入部位的应力场,算例包括了黏弹性板与弹性金属支承、黏弹性板与黏弹性垫层所形成的滑移接触界面端,利用黏弹性有限元的数值结果验证理论分析所得结论的有效性.      

纤维端部的界面裂纹分析

基于弹性力学空间轴对称问题的通解,研究了短纤维增强复合材料中纤维端部的轴对称币形和柱形界面裂纹尖端的应力奇异性,得到了裂纹尖端附近的奇异应力场．研究结果表明,这两种轴对称界面裂纹尖端的应力奇异性相同,并且与平面应变状态下相应模型的应力奇异性一致,材料性能对裂纹尖端附近奇异应力场的影响可用三个组合参数描述     

弱界面复合材料中的基体裂纹

利用二维弹性力学模型研究了纤维增强复合材料中基体裂纹与弱界面的相互作用机理．文中首先导出各向异性弹性多层介质中刃型位错的基本解，然后运用这些基本解建立了弱界面复合材料中典型的Ｈ型缺陷的奇异积分方程组，通过求解这些方程得到外载荷的大小、弱界面的结合强度、界面的残余压力和摩擦系数、纤维与基体的弹性模量比等微结构参量与基体裂纹附近的应力场的关系     

界面端应力奇异性与复合材料界面剪切强度细观实验分散性分析

复合材料细观实验方法主要有纤维拔出、纤维压力、纤维段裂和微球脱粘实验等四种；但这四种试验得到的界面剪切强度结果存在很大的分散性。虽经三十余年的研究和改进，仍未能消除。为研究分散性产生的原因，本文以轴对称界面端应力奇异性分析为基础，推导出求解四种试件界面端的特征值的特征方程，并给出了特征值随Dundurs常数的变化情况，由此发现用相同的纤维和基体制作的四种试件在界面端存在奇异性不同的应力场，从而阐明了四种界面剪切强度试验结果巨大分散性的产生原因在于纤维和基体间界面处的应力奇异性。     

轴对称界面端的扭转问题

基于弹性力学轴对称扭转问题的通解,研究了具有任意几何形状的双材料轴对称界面端,给出了界面端的应力奇异性及其附近的位移场和奇应力场,定义了扭转问题的Ｄｕｎｄｕｒｓ双材料参数。研究结果表明,应力奇异性只与界面端的结合角和扭转问题的Ｄｕｎｄｕｒｓ双材料参数有关,而与界面的角度以及界面端与对称轴之间的距离无关,在任何情况下,特征值均为实数,不会产生振荡应力奇异性。     

三维基体裂纹与界面垂直接触的线奇异分析

使用三维断裂力学的超奇异积分方程方法,对两相材料中出现的三维基体裂纹与材料分界面垂直接触的应力线奇异问题作了理论分析,求得了线奇异界面应力的表达式     

异质双材料界面端部应力奇异性的实验分析

用高灵敏度的云纹干涉实验方法测量了弯曲载荷作用下异质结构的位移场，并采用局部混合法对实验结果进行处理，根据结果对界面端部区域的应力分布规律进行了讨论；求出了应力奇异性阶数λ和应力强度因子Ｋ，并将这一结果与Ｂｏｇｙ￣［１］等人用理论分析的方法所预期的结果和有限元计算结果进行了比较。本文的工作从实验的角度证实了异质双材料结构界面端部区域的应力状态可以用表达式：σ＿（ｉｊ）（ｒ，θ）＝ｋ·ｒ￣（－λ）ｆ＿（ｉｊ）（θ）来描述。     

考虑尺寸效应的双材料轴对称界面端应力奇异性

提出了一种分析双材料轴对称界面端的应力奇异行为的特征值法.基于弹性力学空间轴对称问题的基本方程和一阶近似假设,利用分离变量形式的位移函数和无网格算法,导出了关于应力奇异性指数的离散形式的奇异性特征方程.由奇异性特征方程的特征值和特征向量,即可确定应力奇异性指数、位移角函数和应力角函数.数值求解了纤维/基体轴对称界面端模型的奇异性特征方程, 结果表明:尺寸效应参数δ(奇异点与轴对称轴的距离和应力奇异性支配区域大小的比值)影响着应力奇异性的强弱与阶次, 准一阶近似解析解只是δ>>1时的一个特例.      

黏弹性材料界面裂纹应力场奇性分析

研究两半无限大黏弹性体间Griffith界面裂纹在简谐载荷作用下裂纹尖端动应力场的奇异特性.通过引入裂纹张开位移和裂纹位错密度函数,相应的混合边值问题归结为一组耦合的奇异积分方程.渐近分析表明裂尖动应力场的奇异特征完全包含在奇异积分方程的基本解中.通过对基本解的深入分析发现黏弹性材料界面裂纹裂尖动应力场具有与材料参数和外载荷频率相关的振荡奇异特性.以标准线性固体黏弹材料为例讨论了材料参数和载荷频率对奇性指数和振荡指数的影响.     

SINGLE AND DOUBLE EDGE INTERFACE CRACK SOLUTIONS FOR ARBITRARY FORMS OF MATERIAL COMBINATION

In this paper interfacial edge crack problems are considered by the application of the finite element method. The stress intensity factors are accurately determined from the ratio of crack-tip-stress value between the target given unknown and reference problems. The reference problem is chosen to produce the singular stress fields proportional to those of the given unknown problem. Here the original proportional method is improved through utilizing very refined meshes and post-processing technique of linear extrapolation. The results for a double-edge interface crack in a bonded strip are newly obtained and compared with those of a single-edge interface crack for different forms of combination of material. It is found that the stress intensity factors should be compared in the three different zones of relative crack lengths. Different from the case of a cracked homogeneous strip, the results for the double edge interface cracks are found to possibly be bigger than those for a single edge interface crack under the same relative crack length.