各向异性双材料界面裂纹扩展裂尖场

应用界面断裂力学理论和Stroh方法,研究了广义平面变形下动态裂纹沿着各向异性双材料界面扩展时的裂尖奇异应力及动态应力强度因子.双材料界面的动态裂尖区域特性主要由两个实矩阵W和D确定,且裂尖奇异应力和动态应力强度因子可以由包含这两个矩阵的柯西奇异积分方程确定,同时给出了动态应力强度因子和能量释放率的显示表达式.算例得出当裂纹以小速度扩展时,裂尖振荡因子ε与静态时几乎相同,当界面裂纹扩展速度接近瑞利波速时,ε趋于无穷大;同时得出应力强度因子及能量释放率随裂纹扩展速度的变化关系.     

界面裂纹尖端的动态奇异特性

本文研究了界面裂纹尖端的动态应力场的奇异特性.引入尖端无摩擦接触的界面裂纹模型并采用具有运动边界的控制积分方程.证明了在动态界面裂纹尖端仅存在平方根奇异的应力场.数值结果表明接触区中的正应力确保持为压应力.为表现界面裂纹的动态特性,给出了应力强度因子和裂纹面接触区尺寸的数值结果.     

轴对称圆柱界面裂纹的应力奇异性

复合材料中,纤维与基体的界面脱粘是复合材料细观损伤的基本形式之一。复合材料界面粘结强度对复合材料的宏观力学性能有重要的影响。复合材料界面断裂韧性的定义与测试要求对圆柱界面裂纹尖端应力场的奇异性有充分的了解。本文对轴对称圆柱界面裂纹的应力奇异性采用逐步近法作了近似的分析,文中对获得的所似结果作了较深入的讨论。     

界面裂纹问题中的权函数方法

本文将Ｐａｒｉｓ等确定均匀材料中裂纹尖端应力强度因子的权函数方法推广应用到界面裂纹问题，给出了界面裂纹尖端附近或无限大体半无限界面裂纹问题的权函数的显式表达式。利用此权函数表达式可以很简便地求解界面裂纹尖端附近一些外来作用引起的应力强度因子，比如任意分布力、相变应变、位错和热等。作为一个算例，本文计算了界面一侧一个刃型位错引起的应力强度因子。     

纤维增强复合材料圆柱型界面裂纹分析

以裂纹面上的位错函数为未知量将圆柱型界面裂纹问题化成一组奇异积分方程的求解问题．应用Ｍｕｓｋｈｅｌｉｓｈｖｉｌｉ的奇异积分方程理论，分析了圆柱型界面裂纹尖端应力场．针对裂纹尖端分别存在和不存在接触区两种情况，确定了裂纹尖端应力场的奇异性．利用数值方法计算了圆柱型界面裂纹尖端接触区尺寸对剪应力强度因子的影响．     

周期界面裂纹反平面问题的动态应力强度因子

在研究动载荷作用下复合材料层板结构的安全与可靠性问题以及在抗震设计中关于地层裂缝的运动等问题中,都与界面裂纹有关。本文研究了分布于两个半空间之间的周期界面裂纹在反平面剪切波作用下裂纹尖端应力强度因子的动态特性。文中利用有限 Pourier变换,将在一个周期带内的边值问题转化成求解一个带周期性奇异核的积分方程,再借助于Chebyshev 多项式求得问题的级数解,最后分析了应力场在裂纹尖端的奇异性,得到了裂纹尖端动态应力强度因子的计算公式,并通过数值计算给出了应力强度因子随入射波频率变化的特性曲线。     

含界面裂纹Reissner板弯曲问题分析的奇异单元

首先,采用特征函数渐近展开法,推导了Reissner板弯曲界面裂纹尖端附近位移场渐近展开的前两阶显式表达式,并利用所获得的位移场渐近表达式构造了一种可用于Reissner板弯曲界面裂纹分析的奇异单元。然后,将该奇异单元与外部的常规有限单元相结合,开展了含界面裂纹Reissner板弯曲断裂问题的数值分析。奇异单元可以较好地描述裂纹尖端附近的内力场与位移场,其优势是它与常规单元进行连接时不需要使用过渡单元,并且可以直接给出应力强度因子等断裂参数的高精度数值结果。最后,通过两个数值算例验证了本文方法的有效性。     

有限尺寸下双材料界面附近裂纹位置对裂纹尖端的影响

随着复合材料的应用和发展,不同材料组成的界面结构越来越受到人们的重视.界面层两侧材料的性能相异会引起材料界面端奇异性,同时界面和界面附近存在裂纹会引起裂尖处的应力奇异性.因此双材料界面附近的力学分析是比较复杂的.论文建立双材料直角界面模型,在材料界面附近预设初始裂纹,计算了有限材料尺寸对界面应力场及其附近裂纹应力强度因子的影响.运用弹性力学中的Goursat公式求得直角界面端在有限尺寸下的应力场以及其应力强度系数.通过叠加原理和格林函数法进一步得到在直角界面端附近的裂纹尖端应力强度因子.计算结果表明,在适当范围内改变材料内裂纹与界面之间的距离,界面附近裂纹尖端的应力强度因子随着裂纹与界面距离的增加而减少,并且逐渐趋于稳定.分析结果可以为预测双材料结构复合材料界面失效位置提供参考.     

两种各向异性材料界面共线裂纹的反平面问题

本文研究两种各向异性材料界面共线裂纹的反平面剪切问题。利用复变函数方法，提出了一般问题公式和某些实际重要问题的封闭形式解。考察了裂纹尖端附近的应力分布并给出了应力强度因子公式。从本文解签的特殊情形，可以直接导出两种各向同性材料界面裂纹，均匀各向异性材料共线裂纹以及均匀各向同性材料共线裂纹的相应问题公式，其中包括已有的经典结果。     

粘弹性胶层中Ⅰ型裂纹的动态扩展

研究粘弹性胶层中Griffith裂纹在Ⅰ型载荷作用下,裂纹尖端动态应力强度因子和能量释放率的时间响应.首先,利用积分变换方法,推导出粘弹性层的控制方程组;其次,引入位错密度函数,并结合边界条件和界面连接条件,导出反映裂纹尖端奇异性的Cauchy型奇异积分方程组,然后,应用Chebyshev正交多项式化奇异积分方程组为代数方程组,并采用Schmidt方法对其数值求解,最后,经过Laplace逆变换,求得动态应力强度因子和能量释放率的时间响应.通过对材料参数的讨论,得到动应力强度因子和能量释放率随剪切松驰参量的减小而增大,随膨胀松弛参量的减小而减小,弹性参数对其影响较小.     

粘弹性双材料界面裂缝的缝端位移场及动态断裂分析

本文研究的是经常在实际工程中遇到的粘弹性双材料界面裂缝的动断裂问题.由于粘弹性自身的复杂性,使得粘弹性双材料界面裂缝缝端应力的奇异性较弹性呈现出更为复杂的形式,从而使动断裂问题的分析变得更为困难.根据此情况,本文采用复阻尼理论反映粘弹性体的运动规律,用复势理论和平面问题复变函数解答的科洛索夫公式推导了粘弹性双材料界面裂缝缝端位移场及动态应力强度因子的求解公式,利用特解边界元进行了粘弹性双域耦合动力响应计算,按求得的公式用位移外推法计算了单边裂纹板在动荷载作用下的动态应力强度因子.分析了粘性,弹模比和缝长对动态应力强度因子的影响,得出了一些有益的结论.     

有限厚度板穿透裂纹前缘附近三维弹性应力场分析

通过三维有限元计算来研究有限宽度、有限厚度含有穿透裂纹板的裂纹前缘应力场，从中找出应力强度因子与板的厚度、裂纹长度之间的关系，同时还分析了裂尖的三维约束程度和三维约束区的大小。分析结果表明：应力强度因子沿厚度的分布是不均匀的，应力强度因子的最大值及其位置与厚度有关；有限厚度板中面应力强度因子(KI)m-p及最大应力强度因子(KI)max均大于平面应力或平面应变的应力强度因子。对有限厚度裂纹问题，按平面应力或平面应变来考虑是不安全的；板中面的应力强度因子(KI)m-p及最大应力强度因子(KI)max是厚度B／a的函数；板的中面离面约束系数Tx最大，自由面(z=B)Tx=0。沿厚度方向裂尖附近的离面约束系数Tx也是z／B和B／a的函数，随着厚度的增加离面约束系数Tx增大，离中面越近离面约束系数Tx越大。Tx随着x的增大急剧减小，三维约束影响区域大小大约为板厚的一半，且裂纹长度a／W对应力强度因子沿厚度变化规律及Tx影响区域大小影响较小。     

Initial Development of the Prefracture Zone Near the Tip of a Crack Reaching the Interface Between Dissimilar Media

The Wiener–Hopf method is used to analyze, within the framework of a plane static problem, the prefracture zone near the tip of a mode I crack reaching the interface separating two isotropic media and containing a corner point     

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     

单向拉伸界面裂纹的条形损伤－塑性区域模型

本文提出单向拉伸情况下两相介质界面裂纹的条形损伤－塑性区域模型。假设在塑性区端点的应力有界，且使弱相介质达到屈服，损伤区的尺寸和δ＝成正比的条件；可确定损伤区与塑性区的长度及其上的法向和切向接合力，ＣＴＯＤ值等。由此导出的裂尖应力场无ｒ￣（－１／２＋ｊｅ）的强奇异振荡，位移场无ｒ￣（１／２＋ｉｅ）的振荡项。     

含表面半椭圆裂纹板裂纹尖端应力强度因子的三维光弹分析

本文用三维光弹法得到了含表面半椭圆裂纹板拉伸载荷下应力强度因子 K_Ⅰ沿整个裂纹前缘的分布及由不同裂纹深度引起的有限厚度效应,得到的实验结果与理论结果进行了比较和分析,并对角点上的奇异性进行了定性分析.     

单向拉伸界面裂纹的条形损伤－塑性区域模型

本文提出单向拉伸情况下两相介质界面裂纹的条形损伤－塑性区域模型。假设在塑性区端点的应力有界，且使弱相介质达到屈服，损伤区的尺寸和δ＝成正比的条件；可确定损伤区与塑性区的长度及其上的法向和切向接合力，ＣＴＯＤ值等。由此导出的裂尖应力场无ｒ￣（－１／２＋ｊｅ）的强奇异振荡，位移场无ｒ￣（１／２＋ｉｅ）的振荡项。     

On interface crack models with contact zones situated in an anisotropic bimaterial

Summary A boundary value problem for two semi-infinite anisotropic spaces with mixed boundary conditions at the interface is considered. Assuming that the displacements are independent of the coordinate x ₃, stresses and derivatives of displacement jumps are expressed via a sectionally holomorphic vector function. By means of these relations the problem for an interface crack with an artificial contact zone in an orthotropic bimaterial is reduced to a combined Dirichlet-Riemann problem which is solved analytically. As a particular case of this solution, the contact zone model (in Comninou's sense) is derived. A simple transcendental equation and an asymptotic formula for the determination of the real contact zone length are obtained. The classical interface crack model with oscillating singularities at the crack tips is derived from the obtained solution as well. Analytical relations between fracture mechanical parameters of different models are found, and recommendations concerning their implementation are given. The dependencies of the contact zone lengths on material properties and external load coefficients are illustrated in graphical form. The practical applicability of the obtained results is demonstrated by means of a FEM analysis of a finite-sized orthotropic bimaterial with an interface crack. Received 19 October 1998; accepted for publication 13 November 1998