薄膜涂层材料中币形界面裂纹的弹性波散射

研究了薄膜涂层材料中币形界面裂纹的弹性波散射问题,建立了含有币形界面裂纹的覆层半空间模型,采用Hankel积分变换,将裂纹对弹性波散射的问题转化为求解矩阵形式的奇异积分方程。结合渐近分析和围道积分技术得到积分方程的解,进一步推导了散射波的应力场和位移场,以及动应力强度因子的理论计算公式。在数值算例中,分析了不同材料组合和裂纹尺寸情况下动应力强度因子与入射波频率的关系,并给出了裂纹张开位移的结果。为薄膜涂层材料的动态破坏分析提供了一定的理论基础。     

涂层/基体材料界面结合强度测量方法的现状与展望

界面结合强度是涂层/基体材料体系中的一项重要力学性能指标.而表征与评价涂层/基体材料的界面结合强度又得依靠实验 方法的测定.由于涂层/基体材料体系的多样性与复杂性, 至今还没有形成适合于测量这类材料的界面结合强度的标准方法. 目前, 常用来测量涂层/基体材料的界面结合强度的方法有：拉伸法、剪切法、弯曲法、划痕法、压入法等.本文就目前表征 与评价涂层/基体材料界面结合强度的测量方法做了综述, 讨论了它们的适用范围, 比较了它们的优势与不足.     

基于小波包能量特征的薄膜涂层材料界面缺陷检测法

目前国际上对薄膜涂层界面缺陷尚缺乏有效的探伤方法.本文基于薄膜涂层材料中波传播的模型,考察了在涂层表面施加冲击脉冲激发表面波,测取涂层表面各点的动态特性,结合波形分析技术进行界面缺陷检测的可行性.通过有限元模拟分析产生脉冲载荷并且激发表面波,对涂层表面接收的加速度波响应信号进行小波包数学变换,提取小波包相对能量谱变化率指标,发现加速度信号的小波包相对能量谱变化率指标在存在界面缺陷的区域有显著的变化,并且在缺陷中心区域效果最明显,而且该指标对不同薄膜厚度界面缺陷的具有敏感性,可以通过该指标较准确的判断裂纹的位置和尺寸.此项研究可以为开发薄膜涂层界面缺陷的无损检测方法提供一定的理论基础.     

界面裂纹问题中的通用权函数法

热载荷和机械载荷共同作用下复合材料中的裂纹扩展往往发生在界面处.传统求解热冲击及机械载荷共同作用下界面裂纹尖端的应力强度因子的数值方法(如有限元、边界元法等),计算工作量大、效率低.通用权函数与时间无关,运用通用权函数法可以免除对每个时刻的应力分析,计算效率可得到很大提高.本文将通用权函数法推广到求解热载荷和机械载荷共同作用下界面裂纹尖端的应力强度因子过渡过程的问题中,推导出求解平面双材料界面裂纹问题应力强度因子的通用权函数法计算格式.基于此格式,计算热载荷和机械载荷共同作用下界面裂纹尖端的应力强度因子.通过实例计算比较,表明此方法得到的结果可以达到与相互作用积分法相当的工程应用精度.最后,应用此方法研究了热障涂层受热冲击及表面力共同作用时裂纹长度以及涂层厚度对应力强度因子的影响.结果表明:在一定边界条件下,当热障涂层中存在边缘裂纹时,随着涂层厚度的增加,更容易导致裂纹的扩展和涂层的剥落.     

材料强度对爆炸焊接结合界面的影响

为了研究爆炸焊接结合界面机理及材料强度对爆炸焊接的影响,采用相同的爆炸焊接参数对不同强度的基板进行了爆炸焊接。通过光学显微镜、扫描电子显微镜以及数值模拟技术对焊接试样的形貌、缺陷以及焊接机理进行了分析。结果表明:当材料强度较低时,碰撞点动压与基板材料强度的比值较高,界面出现较大的塑性应变并生热,此时界面熔化区较大,在焊接过程中可以将界面等效为不可压缩流体;当材料强度较高而碰撞点动压与基板强度的比值较低时,试样界面形貌受材料强度的影响较大。随着材料强度的上升,周期性的波状界面逐渐趋于平直。界面熔化现象减弱但温升速率较高,并受碰撞点附近高压出现热失稳现象形成剪切带及裂缝。此时材料强度的影响不可忽略,界面不能等效为不可压缩流体。     

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。     

两种各向异性材料界面周期裂纹的反平面问题

研究两种各向异性材料界面含周期裂纹的反平面剪切问题，运用复变函数方法，获得了封闭形式解答，并给出了应力强度因子公式。从本文解签的特殊情形，可直接导出均匀各向异性材料共线裂纹，两种各向同性材料界面裂纹的相应问题公式。     

钛珠涂层和羟基磷灰石涂层与皮质骨界面的切向微动损伤研究

通过体外模拟切向微动行为,探究两种生物固定材料-钛珠涂层和羟基磷灰石涂层与皮质骨界面之间的微动摩擦磨损机理,建立钛珠涂层和羟基磷灰石涂层与骨组织生物固定界面的微动-松动-骨损伤的关系.结果表明,界面处于部分滑移区时,弹塑性协调作用起主导,固定界面不易产生松动,皮质骨表面损伤以剥落为主,表面损伤较小.增大微动位移幅值,界面摩擦系数增大,皮质骨的损伤增大.同时,划分出了钛珠涂层和羟基磷灰石涂层部分滑移区的工况分界线.通过对比两种材料的摩擦磨损机理,钛珠涂层与皮质骨界面固定效果较好,羟基磷灰石涂层与皮质骨界面损伤较小.结果对人工关节生物固定起到一定的参考作用.     

薄膜涂层材料内部受集中力作用时的空间基本解

该文研究了薄膜涂层材料结构形式中薄膜涂层内部受垂直于界面的集中力作用下的显式理论解.基于三维轴对称理论,将位移函数设定为固定于力作用点和各映射点的局部坐标系下的形式,借助界面连续性条件和Dirichlet原理,所有未知位移函数可通过递推方式由无限体受集中力作用的基础解函数得到.该理论解以无穷级数形式给出.最后给出了该理论解和有限元数值计算的结果比较,表明收敛速度很快,一般只需前面几个映射点便可达到足够的精确度.     

应用半权函数法计算界面裂纹的应力强度因子

应用半权函数法求解双材料界面裂纹的应力强度因子，得到以半权函数对参考位移与应力加权积分的形式表示的应力强度因子。针对特征值为复数λ的双材料界面裂纹裂尖应力和位移场，设置与之对应特征值为-λ的位移函数，即半权函数。半权函数的应力函数满足平衡方程，应力应变关系，界面的连续条件以及在裂纹面上面力为0；半权函数与裂纹体的几何尺寸无关，对边界条件没有要求。由功的互等定理得到应力强度因子KⅠ和KⅡ的积分形式表达式。本文计算了多种情况下界面裂纹应力强度因子的算例，与文献结果符合得很好。由于裂尖应力的振荡奇异性已经在积分中避免，只需考虑绕裂尖远场的任意路径上位移和应力，即使采用该路径上较粗糙的参考解也可以得到较精确的结果。     

Development and Evaluation of the Quadrant Ring Test Method

Testing of ring-shaped specimens often is required for determining the hoop-direction mechanical properties of cylindrical composite structures. A quadrant ring test method was developed in an effort to produce a relatively uniform stress distribution in the ring specimen using a conventional tensile testing machine. Finite element analysis results indicated that the four-sector quadrant test is capable of producing a more uniform stress distribution in the specimen than the split-disk test. However, similar tensile strengths were obtained using the quadrant and split-disk tests, both significantly below those obtained from tensile testing of flat specimens. The lack of improvement in tensile strength produced by the quadrant test was caused by small rotations of the fixture quadrants during loading, producing greater peak stresses than for the ideal case of radially displaced sectors. These results suggest that test fixturing that produces a true outward radial displacement of the fixture sectors is required to produce accurate tensile strengths.     

惯性系统三轴综合测试台结构静动态特性计算及实验研究

本文建立了惯性系统三轴综合测试台的结构分析模型，用有限元法对其进行了结构静动态特性计算。给出了外框架在实际载荷作用下的静动态特性和整机的动态特性，并在此基础上，对该三轴台外框架进行了静态变形的实际测量。实测表明，理论分析和实测结果相吻合。     

含能材料三轴动态压缩实验的一个计算机模拟方法

在含能材料单轴、受限三轴动态压缩实验的基础上，提出一种将计算机数值模拟和实验数据相结合，估算实验系统中钢筒与试件间的库伦摩擦力，从而正确确定含能材料的动态三轴力学性能（弹性模量Ｅ，泊桑比ν，屈服限Ｙ等）的方法。本方法用于ＴＮＴ炸药受限三轴动态压缩实验，通过建立钢筒－试件的库伦摩擦有限元模型，采用ＡＤＩＮＡ通用程序进行动力分析，估算了摩擦力对实验数据的影响，获得了考虑摩擦力修正后的ＴＮＴ三轴动态压缩响应，为含能材料三轴动态力学性能的确定提供了一种有效的方法。     

A numerical method for solving equilibrium problems of masonry-like solids

This paper proposes a numerical method for the solution of equilibrium problems of solids which do not support tension. Some boundary-value problems are solved numerically and the solution obtained is compared to the exact one.

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Sommario In questo lavoro viene proposto un metodo numerico per la soluzione di problemi di equilibrio di solidi non resistenti a trazione. Vengono successivamente risolti numericamente alcuni problemi di equilibrio e la soluzione ottenuta è confrontata con quella esatta.

     

评估TiN薄膜与基材结合的划痕试验及有限元模拟

通过有限元模型模拟划痕试验得到的结果表明∶切应力的起伏变化?膜/基界面处切应力差值?接触区附近膜层表面张应力?高载下的几种应力集中等,对膜/基体系的失效都有重要的作用.通过模型计算临界载荷下的膜/基界面处切应力差值,可用来评价膜层与基材的结合强度;提出了划痕试验中膜/基体系失效的2种机制.不同性能基材的TiN膜/基体系划痕试验结果,可验证本文有限元模拟的有效性,并表明临界载荷是膜/基结合强度?体系承载能力?内聚结合性能等的综合反映;低载往复摩擦磨损试验的结果进一步证实,用划痕试验的临界载荷评估膜/基结合强度具有局限性.     

结合材料界面端的三维应力奇异性

本文利用特殊有限元方法,开发了一个用来求解结合材料界面端三维应力奇异性问题的数值分析程序.该方法只需对界面端的角度方向进行离散即可求得应力奇异性.结合材料的应力奇异性取决于两种材料的材料常数和界面端形状.选用三个材料参数作为变量,用来研究结合材料三维应力奇异性随材料常数的变化规律.文中计算了几种重要而且常见的情况,并以此为基础建立了数据库.同时,还分析了应力奇异性随界面端形状的变化规律,并得到了应力函数的分布图.     

一种利用静力试验数据修正有限元模型的方法

基于代数特征值逆问题理论，提出了一种利用静力试验数据修正有限元模型方法。由于修正后的模型为满阵，根据有限元模型的力学特征对修正后的模型加以约束，使其不仅是对称的，而且还保持稀疏、带状特性，其计算过程简洁，计算结果表明该方法可靠，效果令人满意。     

相变材料的初始屈服特性

利用有限元方法，对相变材料的初始屈服行为进行了研究，结果发现，相对于无相变材料，相变材料初始屈服面的形状和其中心位置都有所改变，而且这种改变与材料的相变分数和相变应变有关。     

涂层式裂纹监测系统中基体裂纹穿越行为研究

建立了智能涂层的两相模型与三相模型,基于能量准则分别用这两种模型研究了基体裂纹达到涂层界面后的穿越/偏转行为. 用有限元法分析了相对裂纹扩展长度、弹性错配参数及界面层厚度对偏转裂纹与穿越裂纹能量释放率之比的影响,结果表明当基体裂纹到达驱动层与基体界面时,能量释放率之比不仅与基体和驱动层之间的弹性错配相关,而且当驱动层较薄时对驱动层与传感层之间的弹性错配亦有较强的依赖性. 此外,随着驱动层厚度的增加,能量释放率之比对驱动层与传感层之间的弹性错配的依赖性逐渐降低. 通过与实验结果相比,建立的模型能够较好的解释基体裂纹在界面的扩展行为,可用于智能涂层裂纹传感器的优化设计.