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表面裂纹与任意杂质相互作用的半解析研究:裂纹角度、杂质材质与位置效应的系统分析

杨博政 宋恒旭 李璞 金晓清

应用数学和力学2026,Vol.47Issue(8):978-989,12.
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应用数学和力学2026,Vol.47Issue(8):978-989,12.DOI:10.21656/1000-0887.460204

表面裂纹与任意杂质相互作用的半解析研究:裂纹角度、杂质材质与位置效应的系统分析

A Semi-Analytical Study of the Interaction Between Surface Cracks and Arbitrary Inhomogeneities:Systematic Analysis of Crack Angles,Material Contrasts,and Positional Effects

杨博政 1宋恒旭 2李璞 3金晓清4

作者信息

  • 1. 中国科学院 力学研究所 超常环境非线性力学全国重点实验室,北京 100190||重庆大学 航空航天学院,重庆 400030
  • 2. 中国科学院 力学研究所 超常环境非线性力学全国重点实验室,北京 100190||中国科学院大学 工程科学学院,北京 100049
  • 3. 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,成都 610065
  • 4. 重庆大学 航空航天学院,重庆 400030
  • 折叠

摘要

Abstract

A unified semi-analytical framework combining the numerical equivalent inclusion method(NEIM)and the distributed dislocation technique(DDT)was employed to investigate the interaction between surface cracks and arbitrarily shaped inhomogeneities in a half-plane.Several representative examples were simulated to systematically examine the effects of crack angles,inhomogeneity stiffnesses,and the inhomogeneity distances from the free surface on the stress intensity factors and local stress fields.The results show that,the crack an-gle leads to notable changes in the crack-tip field and induces pronounced mode coupling.Stiff inhomogeneities decrease Mode Ⅰ stress intensity factor but increase Mode Ⅱ,whereas soft inhomogeneities exhibit the oppo-site trend.As the inhomogeneity moves farther from the free surface,its perturbation to the crack-tip field be-comes significantly weaker.The semi-analytical results agree well with the finite element solutions,with dis-crepancies below 4.5%,demonstrating the accuracy and efficiency of the present framework.The numerical ex-amples provide clear insight into the dominant mechanisms governing crack-inhomogeneity interaction under multiple influencing parameters.

关键词

表面裂纹/杂质/半解析方法/应力强度因子

Key words

surface crack/inhomogeneity/semi-analytical method/stress intensity factor

分类

数理科学

引用本文复制引用

杨博政,宋恒旭,李璞,金晓清..表面裂纹与任意杂质相互作用的半解析研究:裂纹角度、杂质材质与位置效应的系统分析[J].应用数学和力学,2026,47(8):978-989,12.

基金项目

中国科学院战略先导B类项目(XDB0620101) (XDB0620101)

国家自然科学基金(52205192 ()

52575201 ()

12502114) ()

应用数学和力学

1000-0887

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