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、復合材料等先進材料的工業(yè)應用范圍的不斷擴大，由不同材料組成的界面的力學行為，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人員必須逾越的技術難關之一。對材料或結構整體的力學行為乃至基體材料等的界面、晶粒界面、顆粒增強體與基體界面、介在物與基體的界面等的力學行為，對先進材料的性能設計與開發(fā)及其結構壽命的精確評價等，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，尤其是結合部位，會在界面處產生應力集中現(xiàn)象，而且在彈性力學上，應力可以是無窮大的(稱為應力奇異性，即應力集中非常嚴重)，定性地說明了為什么結合材料的破壞，多數(shù)是從結合界面端部開始的現(xiàn)象。近年來，國內外眾多學者對界面問題也進行了研究，提出了重要的結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)的相關方程；取直角結合材料界面端，對于給定材料即可求得奇異性指數(shù)，可以判定結合材料是否存在應力奇異性。既然結合部位會出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，只要應力集中足夠大，那么在界面端就會出現(xiàn)較為明顯的塑性區(qū)，使得結合部尖端進入塑性屈服狀態(tài)。本文通過仿照J積分和HRR場的推導過程，推出雙材料界面端周向應力分布的控制方程，且根據(jù)位移匹配法，推得不同硬化指數(shù)界面端附近應力奇異性指數(shù)的補充方程式，從而由控制方程得到對應的周向應力分布。再應用有限元方法，使

4、用計算機對其進行數(shù)值模擬，其結果與本文所得到周向應力分布形式基本相近，但由于推出的周向應力分布圖，應用位移匹配法進行處理，使得部分數(shù)據(jù)有所偏差，但兩種結果還是較為相近的。同樣也推得相同硬化指數(shù)界面端附近應力奇異性指數(shù)的補充方程。
　　 本文最后提出了雙材料粘塑性界面端應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行比較