基于分布位错法对涂层裂纹力学行为的研究

目的 在单轴拉伸载荷下，用理论方法求解弹性涂层中裂纹的力学性质和相互影响。方法 根据叠加原理，将问题分为2个子问题，使用分布位错原理求解裂纹问题，将裂纹建模为沿裂纹线分布的位错阵列，叠加后使用数值求解方法进行求解。结果 得到了不同涂层模量、不同裂纹长度下表面裂纹尖端的应力强度因子（SIF）和涂层界面应力。涂层与基底模量相差越大，表面裂纹越长，其界面应力越大。计算了不同方位下的微裂纹对表面裂纹的影响，给出了60°倾角微裂纹、2l/h=0.2和2l/h=0.04表面裂纹以及2a/h=0.01和2a/h=0.018表面裂纹的影响区域。分析了涂层内部倾斜裂纹对表面裂纹应力强度因子和扩展角的影响。内部倾斜裂纹尖端对表面裂纹尖端的等效应力强度因子（ESIF）有增强作用，两侧有减弱作用。结论 较硬涂层对表面裂纹的扩展有增强作用，裂纹越长，受涂层模量对其应力强度因子的影响越大。微裂纹对表面裂纹的影响跟微裂纹位置、方向、长度和表面裂纹长度有关。表面裂纹附近的倾斜裂纹对表面裂纹的扩展具有吸引作用。