梯度涂层材料中裂纹问题的非均匀元分析

本文采用非均匀等参有限元的方法研究了薄膜梯度涂层/均匀基材中的界面裂纹问题，并与双材料界面裂纹情况进行了对比计算。研究表明：在均匀基材上采用梯度涂层，与双材料相比可以有效地降低裂尖场应力强度因子；同时还分析了涂层厚度与梯度参数对界面应力强度因子的影响。结果表明：当薄膜厚度大于或等于裂纹长度时，应力强度因子（K_I、K_(II)）对其尺度的变化显得不敏感；对梯度参数的影响而言，当材料性能曲线的幂指数m大于1时，裂尖场的应力强度因子K_(II)相对K_I很小且基本不随m变化，因此裂尖场与均匀材料情况类似；当m小于1时，应用强度因子K_(II)随m减小而急剧增大，裂尖场由K_I及K_(II)控制，断裂趋于混合型。