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本文研究了集中力作用下的非均质界面断裂演化过程及其统计规律。从细观力学的角度出发,结合有限单元法的基本思想,提出了新的用于模拟非均质界面断裂的数值模型:界面微元模型。同时,为了体现界面细观上的非均质性,使得界面微观性质与宏观力学行为建立联系,引入了Lattice模型和Weibull分布对界面细观尺度上的非均质性进行描述。此外,引入复变函数对集中力作用下半无限大弹性平面位移解进行修正,通过半无限大弹性平面的位移解、界面单元的本构关系、单元之间的几何拓扑关系及界面与弹性平面之间的位移耦合关系,建立了以界面内部单元结点位移为未知量的耦合控制方程。最后通过Matlab编写了非均质界面的断裂演化程序。分别模拟了集中力作用下,理想弹性单元、具有老化行为的单元及Kelvin单元组成的非均质界面断裂演化规律。
模拟结果表明,非均质界面断裂演化过程的总趋势是先有小规模断裂,然后裂纹稳态扩展,最终界面达到某个临界值时失稳破坏。断裂过程的声发射信号统计结果及界面寿命符合幂律规律。外部效应的非均匀性及界面抗力的非均匀性在断裂演化过程中起到至关重要的影响,裂纹的演化过程与外部效应非均匀性和界面抗力非均匀性有关。同时,外部效应非均匀性的增强使得声发射幂次拟合斜率值变大,界面寿命幂律指数的值变小。界面抗力非均匀性的增强使得声发射幂次拟合斜率值变大,界面寿命幂律指数的值变大。
模拟结果表明,非均质界面断裂演化过程的总趋势是先有小规模断裂,然后裂纹稳态扩展,最终界面达到某个临界值时失稳破坏。断裂过程的声发射信号统计结果及界面寿命符合幂律规律。外部效应的非均匀性及界面抗力的非均匀性在断裂演化过程中起到至关重要的影响,裂纹的演化过程与外部效应非均匀性和界面抗力非均匀性有关。同时,外部效应非均匀性的增强使得声发射幂次拟合斜率值变大,界面寿命幂律指数的值变小。界面抗力非均匀性的增强使得声发射幂次拟合斜率值变大,界面寿命幂律指数的值变大。