求解裂纹和杂质相互作用问题的统一解法
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作者:
作者单位:

1.重庆大学,航空航天学院;2.四川大学空天科学与工程学院,空间先进机构与智能飞行器教育部重点实验室,机器人卫星四川省国防科技重点实验室

作者简介:

通讯作者:

中图分类号:

O343.1?????? ????????

基金项目:

国家自然科学基金项目(面上项目,重点项目,重大项目)


A unified method for the interaction between crack and inhomogeneities
Author:
Affiliation:

1.College of Aerospace Engineering, Chongqing University;2.School of Aeronautics and Astronautics, Key Laboratory of Advanced Spatial Mechanism and Intelligent Spacecraft (Ministry of Education), Robotic Satellite Key Laboratory of Sichuan Province, Sichuan University

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    摘要:

    本文提出了一种结合数值等效夹杂法(NEIM)与分布位错技术(DDT)的统一解法,用于分析全平面与半平面中任意形状杂质与任意形态裂纹之间的相互作用问题。该方法通过将杂质离散为多个等效夹杂单元,并将裂纹表面的内聚力等效为连续分布的位错,从而构建了一个半解析模型,显著提升了计算效率。研究系统分析了杂质材料性质、裂纹角度、杂质与自由边界的距离以及裂纹分支数等因素对应力强度因子(SIFs)和应力场的影响。结果表明,刚性材料对I型应力强度因子具有屏蔽作用,而对II型因子则具有放大效应;裂纹分支数的变化会显著影响应力场分布。与有限元方法相比,该方法计算误差小于3%,验证了其准确性与适用性。所提出的统一解法为含复杂微结构材料的疲劳寿命预测与可靠性设计提供了高效而精确的理论工具。

    Abstract:

    This work presents a unified semi-analytical method combining the Numerical Equivalent Inclusion Method (NEIM) and the Distributed Dislocation Technique (DDT) to study the interaction between arbitrarily shaped inhomogeneities and cracks in full- and half-plane domains. By discretizing inhomogeneities into equivalent inclusions and modeling crack surface tractions as distributed dislocations, the method achieves high computational efficiency. Parametric studies reveal that stiff inhomogeneities shield Mode I SIFs but amplify Mode II SIFs, and increasing crack branches significantly alters stress distributions. The method shows less than 3% error compared to FEM, demonstrating its accuracy and suitability for fatigue and reliability analysis of materials with complex microstructures.

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  • 收稿日期:2025-07-24
  • 最后修改日期:2025-11-02
  • 录用日期:2025-12-08
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