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一类垂直于正交异性双材料界面的Ⅱ裂纹尖端应力场的理论研究

2012-08-02胡帅帅李俊林

三峡大学学报(自然科学版) 2012年1期
关键词:裂纹界面

胡帅帅 李俊林

(太原科技大学 应用科学学院,太原 030024)

文献[1-3]研究了各向同性复合材料中所含垂直裂纹尖端的一系列问题.文献[1]中采用mellin变换法研究垂直裂纹问题,得出裂纹接触界面后,应力的性态指数与材料常数及裂纹集合形状有关.文献[2]中用liyong mellin变换方法,将垂直裂纹问题归结为求解Cauchy型奇异积分方程组,得到半无限长裂纹受集中力作用时,接触点奇性应力场,并对其分布函数进行了数值求解.文献[3]介绍了裂纹垂直于一个非理想双材料界面的情形.

本文利用傅里叶积分变换巧妙地构造出了裂纹尖端的位移场,通过适当的边界连续条件将边值问题转换成带有Cauchy核的奇异积分方程,并给出了应力强度因子的表达式,当两种材料相同时得出与文献[4]一致的结论.

1 力学模型

如图1所示,a≤x≤b,y=0为垂直界面裂纹,其中心距双材料界面距离为c,x=0为材料粘结面.x>0部分是第1种正交异性材料,其材料工程常数为E11、E12、v11、v12和μ1,而x<0部分是第2种正交异性材料,其材料工程常数为E21、E22、v21、v22和μ2.由于靠近裂纹尖端奇异场的影响,在裂纹表面施加一个纯剪切载荷,也就是

图1 含有垂于正交各向异性双材料界面的II型裂纹

2 基本方程

由弹性力学可知在不考虑体力的情况下,控制方程为

物理方程为

这里j=1,2分别对应于正交异性材料1与材料2.u(j)和v(j)分别代表x和y方向的位移,也就是u(j)=u(j)(x,y),v(j)=v(j)(x,y),c(j)ik为无量纲参数.

控制方程要在如下边界连续条件下求解:

2.1 求解

由于问题的对称性,只需考虑y≥0的情况就可以了,如……

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