黏弹性接触界面端附近的奇异应力场

研究蠕变加载条件下线黏弹性材料接触界面端附近的奇异应力场问题.考虑接触界面的摩擦,假设界面端的滑移方向不改变,相对滑移量微小,且其与位移同量级,由此线性化局部边界条件,根据对应原理得到Laplace变换域中的界面端应力场,导出时域中奇异应力场的卷积积分表达式.对卷积积分核函数进行数值反演,考虑接触材料的两类组合,一是持久模量具有量级上的差异,另一是持久模量接近相同.算例结果证实核函数可以用准弹性法求得的解析式较准确地近似.在此基础上,利用积分中值定理,并引入各应力分量的修正系数,得到黏弹性奇异应力场的简化式.结合核函数的数值反演结果分析修正系数表达式的取值范围,得到如下结论,若两相接触材料的持久模量相差很大,可以采用准弹性解的解析式较准确地描述界面端的奇异应力场;一般情况下,应力场不存在统一的奇异值和应力强度系数,当采用类似于准弹性解的表达式近似给出黏弹性应力场时,可以估计此近似描述的误差限.文中最后采用有限元分析黏弹性板端部嵌入部位的应力场,算例包括了黏弹性板与弹性金属支承、黏弹性板与黏弹性垫层所形成的滑移接触界面端,利用黏弹性有限元的数值结果验证理论分析所得结论的有效性.

铆接界面端三维奇异性应力场的研究

针对铆接结构的特点,应用特征函数扩展技术分析柱坐标下接触界面端的应力奇异性问题。建立了柱坐标下圆柱体端面接触边缘附近的三维渐近位移场和应力场渐近表达式,并根据铆钉/被铆接件接触界面端的位移和应力边界条件,建立一个非线性特征方程组。据此方程组可求解界面端邻域的应力奇异性指数、位移和应力角分布函数的数值解。通过与有限元方法计算结果相对比,验证了该方法的有效性。分析了平头、沉头以及半圆头铆钉构成的铆接结构的应力奇异性问题,考察了铆钉材料、几何形式和摩擦系数对接触界面端应力奇异性指数和应力场角分布的影响。