题目：正交异性双材料界面断裂理论研究与实验分析

随着各类功能材料，复合材料等先进材料的工业应用范围不断扩大，由不同材料组成的界面的力学行为以及界面断裂力学的研究越来越受到国内外学者的重视。各向同性材料之间的界面裂纹是研究得最早及最为广泛的课题[28]，但求得的奇性指数不是实数而是复数，从而导致了裂纹尖端应力场理论解存在振荡性及裂纹上下面位移的互相嵌入，这个理论解是有重大缺陷的，与实际力学状态是矛盾的，在物理上是讲不通的。近年来，随着智能复合材料在民用，国防和航空航天工业领域里的大量使用，界面力学的研究有着重要的价值。因此，力学工作者对各向异性材料间的界面裂纹作了大量的理论研究并取得了重要的研究成果[87-89]。但是，在解决裂纹尖端应力场理论解存在的振荡性及裂纹上下面位移的互相嵌入问题上，仍然不尽人意，所推出的裂纹尖端应力场理论解还是存在不合理的振荡奇异性和裂纹上下面位移的互相嵌入。 为了解决这一难题，本文巧妙地构造了特殊的应力函数，运用复合材料断裂复变分析方法，并通过复杂的理论推导和应力分析，成功地推出了不同的正交异性复合材料界面裂纹尖端附近应力场，应变场和位移场的理论解。值得指出的是，这些理论解完全解决了前面所提出的裂纹尖端应力场理论解存在不合理的振荡奇异性和裂纹上下面位移的互相嵌入的问题。 借助复变函数分析方法和待定系数法，推出了三种情况下不同的正交异性复合材料I型，II型，I+II混合型界面裂纹尖端附近的应力场及应力强度因子的理论公式。本文还通过实验验证了所推出的理论公式的正确性。同时，利用本文的理论解，可以成功地验证早被公认的正交异性单层板I型，II型，I+II混合型裂纹尖端附近的应力场及应力强度因子的理论公式。 在实验中，本文采用了简单易于操作的的光弹贴片法，实测了复合材料双材料界面裂纹尖端区域的应变场，进而求出界面裂纹的断裂参数，通过试验数据分析，获得了界面混合应力强度因子KIR1 及KIR2。实验验证了所推出的理论公式的正确性。进一步利用本文求得的裂纹尖端应力场和应力强度因子的理论计算公式及光弹方程，通过改变双材料参数，运用图像进行了一系列对比分析，得到了双材料参数对界面裂纹尖端应力场和位移场的影响规律。这些理论结果对结构设计和工程应用有重要的指导价值，为界面断裂力学的理论研究提供了新的理论研究成果。