压-剪混合型定常扩展裂纹尖端的弹黏塑性场.pdf

第38卷第5期 力 学 学 报 V01．38．No．5 ChineseJournal 2006年9月 ofTheoreticaland Mechanics Applied Sep．，2006 压一剪混合型定常扩展裂纹尖端的弹黏塑性场1， 梁文彦2)王振清周博 (哈尔滨工程大学建筑工程学院，哈尔滨150001) 摘要假定黏性系数与塑性等效应变率的幂次成反比，考虑其黏性和裂纹面摩擦接触效应建立了压．剪混合型 定常扩展裂纹尖端弹黏塑性场的渐近方程，求得了裂纹尖端场不含应力、应变间断的数值解．并讨论了压．剪 混合型裂纹数值解随各个参数的变化规律，计算结果和分析表明，压一剪混合型裂纹尖端场是满塑性的，不含 有弹性卸载区，黏性效应是研究扩展裂纹尖端场时的一个重要因素．无论混合裂纹趋近I型还是趋近II型， 静水压力随摩擦系数的增加都是增加的，裂纹面摩擦效应是阻止裂纹扩展速度的因素，且摩擦作用越强，裂纹 尖端场的韧性越高． 关键词 压一剪混合型裂纹，定常扩展，黏性效应，弹黏塑性材料 文献标识码： A 中图分类号：0346．1 文章编号：0459．1879(2006)05—0618—08 引 言 在裂纹面摩擦接触的条件下，裂纹面间的摩擦作用 越强，裂尖区的断裂韧性越高，文献[9]研究各向 裂纹尖端场附近由于大范围塑性变形和材料黏 异性纤维复合材料板混合型裂纹尖端场．但是在裂 性效应的存在[1】，使得动态扩展裂纹尖端应力、应变 纹面摩擦接触的条件下，压一剪混合型定常扩展裂 场的研究变得更为复杂．在扩展裂纹尖端还存在着 纹尖端场各个参数具有怎样的变化形式?摩擦系数 一些难以解决的问题，如裂纹尖端场存在应力应变 对静水压力有何影响?本文考虑裂纹尖端场的黏性 的间断线，动态解不能退化为准静态解【2~4]，其原因 效应，假定黏性系数与塑性等效应变率的幂次成反 在于忽略材料的黏性效应． 比，考虑其黏性和裂纹面摩擦接触效应对压一剪混 裂纹在扩展过程中由于较高应变率的出现并产 合型定常扩展裂纹尖端弹黏塑性场进行渐近分析， 生大量不可逆的变形能，一部分变形能以热的形式 并讨论了压一剪混合型裂纹数值解随各个参数的变 释放出来，导致裂纹尖端局部温度升高，此时材料 化规律，分析了黏性和摩擦效应对裂尖场的影响． 具有黏性特征，因而材料的黏性性质对材料断裂性 1基本方程 能影响的研究受到越来越多的重视，在此基础上文 献[5】研究了III型裂纹问题，讨论了弹性、‘塑性及 图1给出了压一剪混合型定常扩展裂纹的力学 黏性三者的匹配条件，文献[6，7】研究了I型和II型 模型，考虑一条半无限大的裂纹在无限大的固体中 裂纹问题，讨论了I型和II型裂纹数值解的性质随 以恒定速度y沿X1方向扩展，恐与裂纹面垂直， 各参数的变化规律．但是，上述认为裂纹面是光滑 墨(a=1，2)表示平面上的固定坐标系，与裂纹尖端 的，无摩擦接触，即忽略了裂纹面摩擦作用，但是这 一起移动的随动坐标系为oxy和口r护，对于定常扩 种假设虽然解决了纯I,II型裂纹问题，但是与实际 展，裂纹尖端场