功能梯度材料有限宽板的反平面断裂问题研究

研究了功能梯度材料有限宽板中与板边平行的III型裂纹问题.假设材料的剪切模量沿板宽度方向呈指数规律变化,利用Fourier变换将问题描述为奇异积分方程,并进一步将未知的位错密度函数表示为Chebyshev多项式的级数式,从而将奇异积分方程化为线性代数方程组进行配点数值求解.基于数值结果,讨论了材料非均匀性参数、板和裂纹的几何参数等对应力强度因子(SIF)的影响.研究表明,SIF随裂纹长度的增大而增大,随裂纹所在区域材料刚度的增大而减小;板越窄,SIF对非均匀性参数的变化越敏感,且变化规律也越复杂.随着非均匀性参数的增大,SIF既可能增大也可能减小还可能基本保持不变,这主要取决于板的相对宽度和裂纹的相对位置.当裂纹位于板的中央或当板较宽时,SIF对非均匀性参数的变化都不太敏感.

裂纹面摩擦接触引起的断裂韧性增长的研究

采用弹黏塑性的材料本构关系,建立了压、剪混合型裂纹常速准静态扩展的力学模型,求得了裂纹面摩擦接触条件下裂纹尖端场的数值解,并基于数值结果讨论了扩展裂纹的摩擦效应.计算和分析表明,裂纹面的摩擦效应主要表现在两个方面.第一方面是摩擦会导致裂纹尖端区材料的断裂韧性增高,并且裂纹面间的摩擦作用越强,增韧效果越显著.摩擦增韧的机制可以解释为裂纹面间的摩擦作用导致裂纹尖端塑性区尺寸变大, 使裂纹尖端场的塑性变形能增加,从而使得裂纹尖端区材料增韧.摩擦生热并不是导致材料断裂韧性增长的根本机制.第二方面是摩擦会导致"断裂延缓".利用裂纹面的摩擦来提高构件的承载能力和延长构件的服役寿命具有较大的工程实用价值.

功能梯度双材料弱／微间断界面的冲击断裂分析

提出强间断、弱间断、微间断和全连续界面的概念与分类,建立功能梯度弹性双材料弱间断界面冲击断裂问题的力学模型,采用积分变换法推导问题的Cauchy奇异积分方程,并用配点法求得数值解．分析表明, 弱／微间断性对于FGMs界面裂纹应力强度因子有着重要影响,而且微间断性是优于弱间断性的一种界面力学性能连接关系．以FGMs界面某一侧的力学性能函数在界面处的Taylor展开式的低阶项作为界面另一侧的力学性能函数,便可以使FGMs界面成为“微间断”界面．界面的一阶微间断对应力强度因子的减小作用较为明显,而高阶(二阶及以上)微间断对应力强度因子的影响较小．减小界面的弱间断程度或使FGMs界面具备“微间断性”,都将利于提高功能梯度双材料界面抗冲击断裂能力,在一定程度上达到界面增韧的目的．

纤维增强复合材料的刚性圆柱夹杂双周期分布模型的平面问题

对于硬夹杂—软基体的单向纤维增强复合材料 ,将纤维束看成刚性圆柱状夹杂 ,考虑夹杂间的相互影响 ,采用复变函数和坐标变换的方法 ,构造呈双周期分布且相互影响的刚性圆柱夹杂的复应力函数 ,同时满足夹杂的边界条件 ,利用围线积分将求解方程组化为线性代数方程组 ,推导出受到远场均匀拉应力的作用 ,双周期分布的刚性圆柱夹杂的界面应力表达式 ,算例给出双周期夹杂模型的界面应力值 。