混合型界面扩展裂纹尖端的弹粘塑性场

摘要

在工程中应用的许多各类先进材料存在着界面,如金属/陶瓷结合材料,路面/桥面不同介质组成的界面,各类复合材料等。由于组成结构界面的两侧不同材料的力学性能存在着差异,导致微裂纹的萌生、长大以及扩展。分析其破坏机理,界面裂纹的扩展以及止裂,都和界面裂纹尖端场的性质有着密切的关系。
　　 固体材料是与破坏过程中时间变量有关的,如蠕变和应力松弛,其性质都可以用材料粘性来解释,工程中的许多材料,如聚合物、岩土材料以及处于高速变形状态下的金属材料都具有明显的粘性性质,在材料破坏机理的研究中,表现出的材料粘性的效应必须予以考虑。
　　 基于材料的粘性效应,采用弹粘塑性材料三维条件下的本构方程,通过对压剪混合型裂纹尖端场的奇异性和材料的粘性性质与弹性和塑性的分析,求得了在不可压缩条件下压剪混合型界面裂纹尖端场的基本方程。
　　 通过引入压剪混合型界面裂纹尖端场的位移势函数,求得了位移、速度、加速度和应变率的各个分量,考虑压剪混合型界面裂纹尖端场的奇异性,给出了应力率分量的表达式,采用上述本构方程,通过无量化分析,推导出了压剪混合型界面裂纹尖端场的控制方程,结合混合型裂纹的表征参数和边界条件,并对控制方程组进行可数值分析和计算,求得了裂纹尖端的应力和应变场,进而讨论了界面裂纹尖端场的解随各参数的变化规律。
　　 上述分析结果表明,压剪混合型界面裂纹尖端的应力应变场的变化规律受材料的粘性系数、马赫数和奇异性指数所控制,裂纹面的摩擦效应和载荷混合参数影响裂尖场变化规律。本论文的工作仅仅是对不可压缩条件下压剪混合型界面裂纹尖端场进行了分析和求解,界面裂纹作为固体力学的一个新兴的分支,还需要更多学者的关注和研究,根据实际问题的不同,并结合界面力学的基本知识,最终为解决界面断裂问题提供一种可行的方法和参考依据。