【摘 要】
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界面端是界面力学中的一个问题,界面端附近的应力场存在奇异性。在复合材料界面强度的细观试验中,一般采用界面端的初始脱粘剪应力值作为界面的剪切强度。为了使界面端的强度表
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界面端是界面力学中的一个问题,界面端附近的应力场存在奇异性。在复合材料界面
强度的细观试验中,一般采用界面端的初始脱粘剪应力值作为界面的剪切强度。为了使界
面端的强度表征具有坚实的理论基础,对界面端奇异性的深入研究是十分必要的。
本文首先对平面界面端的研究进行了总结,给出了界面端奇异场强度的表征参量-广义
J积分,同时研究了反平面界面端奇异性,并利用Betti互等定理得到了应力强度因子。
利用渐近展开与分离变量相结合的方法对圆柱形界面端进行了详细的分析与讨论是本
文的主要内容。在以Dundurs双材料参教表示的α-β图中可以发现,不同的界面端具有不同
的奇异性。压入试件(平角)界面端奇异性较简单,α-β图中有奇异域与非奇异域之分;拔
出试件(直角)界面端还会出现振荡奇异域;微珠(斜角)界面端的幂次奇异域与振荡域
的出现,不仅依赖于Dundurs双材料参数,也依赖于斜角的大小;埋置(内直角)界面端
的情况较为复杂,文中根据纤维断裂的几种可能情况,进行了初步研究。圆柱形轴对称界
面端奇异性的复杂性,使得彻底解决界面端强度表征和脱粘判据问题带来困难。利用本文
已经得到的角分布函数,用数值方法求得了界面端的应力强度因子随模量比的变化规律。
最后,在以上理论分析基础上,对钢柱/环氧复合材料试件进行了界面端断裂韧性压入-压
出和拔出试验,得到了这两种试验下表征界面端强度的临界应力强度因子。从而表明对界
面端奇异性的研究有了一个完整的结果和向应用走近了一步。
本文对环形裂纹及截锥面形裂纹扩展到界面时尖端奇异性的变化也进行了研究,针对
各种不同情况也给出了α-β图。以此显示渐近展开与分离变量法的求解能力。
实际试件中,界面层的厚度不可能为零,本文介绍了利用积分变换建立的将界面层简
化为拉剪非耦合的弹簧模型时的裂纹扩展到界面时尖端附近的奇异积分方程,结果表明,
简化之后的裂纹尖端仅具有对数奇异性,以作为与零厚度界面情形的对比。
本文研究为轴对称界面端理论的发展和应用奠定了一定基础。
关键词:轴对称,界面端,渐近展开与分离变量法,复合材料,界面强度细观试验,
广义J-积分,界面端应力强度因子,界面端断裂韧性,界面剪切强度
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