雙材料界面端特性及其有限元分析.pdf

1、隨著各類功能材料、復(fù)合材料等先進(jìn)材料的工業(yè)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，由不同材料組成的界面的力學(xué)行為，越來越受到了人們的重視。在現(xiàn)代科技高速發(fā)展的今天，無論從宏觀還是微觀角度看，可以說界面問題已變得無處不在，它已是科研和工程技術(shù)人員必須逾越的技術(shù)難關(guān)之一。對材料或結(jié)構(gòu)整體的力學(xué)行為乃至基體材料等的界面、晶粒界面、顆粒增強(qiáng)體與基體界面、介在物與基體的界面等的力學(xué)行為，對先進(jìn)材料的性能設(shè)計與開發(fā)及其結(jié)構(gòu)壽命的精確評價等，具有重要意義。
　　

2、 本文通過一個最基本的示例，提出不同材料界面之間，尤其是結(jié)合部位，會在界面處產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，而且在彈性力學(xué)上，應(yīng)力可以是無窮大的(稱為應(yīng)力奇異性，即應(yīng)力集中非常嚴(yán)重)，定性地說明了為什么結(jié)合材料的破壞，多數(shù)是從結(jié)合界面端部開始的現(xiàn)象。近年來，國內(nèi)外眾多學(xué)者對界面問題也進(jìn)行了研究，提出了重要的結(jié)合界面問題的材料參數(shù)，即Dundurs參數(shù)。本文介紹了Dundurs參數(shù)的提出方法，以及討論了該參數(shù)的值域，并整理得到兩Dundurs參數(shù)與奇異

3、性指數(shù)的相關(guān)方程；取直角結(jié)合材料界面端，對于給定材料即可求得奇異性指數(shù)，可以判定結(jié)合材料是否存在應(yīng)力奇異性。既然結(jié)合部位會出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，只要應(yīng)力集中足夠大，那么在界面端就會出現(xiàn)較為明顯的塑性區(qū)，使得結(jié)合部尖端進(jìn)入塑性屈服狀態(tài)。本文通過仿照J(rèn)積分和HRR場的推導(dǎo)過程，推出雙材料界面端周向應(yīng)力分布的控制方程，且根據(jù)位移匹配法，推得不同硬化指數(shù)界面端附近應(yīng)力奇異性指數(shù)的補(bǔ)充方程式，從而由控制方程得到對應(yīng)的周向應(yīng)力分布。再應(yīng)用有限元方法，使

4、用計算機(jī)對其進(jìn)行數(shù)值模擬，其結(jié)果與本文所得到周向應(yīng)力分布形式基本相近，但由于推出的周向應(yīng)力分布圖，應(yīng)用位移匹配法進(jìn)行處理，使得部分?jǐn)?shù)據(jù)有所偏差，但兩種結(jié)果還是較為相近的。同樣也推得相同硬化指數(shù)界面端附近應(yīng)力奇異性指數(shù)的補(bǔ)充方程。
　　 本文最后提出了雙材料粘塑性界面端應(yīng)力奇異性的分析方法，但目前尚未有較為系統(tǒng)的理論及方法，僅有少數(shù)人對雙材料粘塑性界面裂紋進(jìn)行了分析，因此，本文僅采用有限元模擬的方法，將粘塑性部分和塑性部分進(jìn)行比較