復(fù)合材料界面端奇異性應(yīng)力分析及其強度性能表征與測試.pdf

1、界面端是界面力學(xué)中的一個問題，界面端附近的應(yīng)力場存在奇異性。在復(fù)合材料界面強度的細觀試驗中，一般采用界面端的初始脫粘剪應(yīng)力值作為界面的剪切強度。為了使界面端的強度表征具有堅實的理論基礎(chǔ)，對界面端奇異性的深入研究是十分必要的。本文首先對平面界面端的研究進行了總結(jié)，給出了界面端奇異場強度的表征參量-廣義J積分，同時研究了反平面界面端奇異性，并利用Betti互等定理得到了應(yīng)力強度因子。利用漸近展開與分離變量相結(jié)合的方法對圓柱形界面端

2、進行了詳細的分析與討論是本文的主要內(nèi)容。在以Dundurs雙材料參教表示的α-β圖中可以發(fā)現(xiàn)，不同的界面端具有不同的奇異性。壓入試件(平角)界面端奇異性較簡單，α-β圖中有奇異域與非奇異域之分；拔出試件(直角)界面端還會出現(xiàn)振蕩奇異域；微珠(斜角)界面端的冪次奇異域與振蕩域的出現(xiàn)，不僅依賴于Dundurs雙材料參數(shù)，也依賴于斜角的大?。宦裰?內(nèi)直角)界面端的情況較為復(fù)雜，文中根據(jù)纖維斷裂的幾種可能情況，進行了初步研究。圓柱形軸

3、對稱界面端奇異性的復(fù)雜性，使得徹底解決界面端強度表征和脫粘判據(jù)問題帶來困難。利用本文已經(jīng)得到的角分布函數(shù)，用數(shù)值方法求得了界面端的應(yīng)力強度因子隨模量比的變化規(guī)律。最后，在以上理論分析基礎(chǔ)上，對鋼柱/環(huán)氧復(fù)合材料試件進行了界面端斷裂韌性壓入-壓出和拔出試驗，得到了這兩種試驗下表征界面端強度的臨界應(yīng)力強度因子。從而表明對界面端奇異性的研究有了一個完整的結(jié)果和向應(yīng)用走近了一步。本文對環(huán)形裂紋及截錐面形裂紋擴展到界面時尖端奇異性的變

4、化也進行了研究，針對各種不同情況也給出了α-β圖。以此顯示漸近展開與分離變量法的求解能力。實際試件中，界面層的厚度不可能為零，本文介紹了利用積分變換建立的將界面層簡化為拉剪非耦合的彈簧模型時的裂紋擴展到界面時尖端附近的奇異積分方程，結(jié)果表明，簡化之后的裂紋尖端僅具有對數(shù)奇異性，以作為與零厚度界面情形的對比。本文研究為軸對稱界面端理論的發(fā)展和應(yīng)用奠定了一定基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：軸對稱，界面端，漸近展開與分離變量法，復(fù)合材料，界面強度細