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含任意角度裂纹材料微滑移接触的半解析模型

交变载荷作用下，固定连接的两个零件接触表面之间往往存在着微滑移现象，循环应力作用下零件表面或近表面易萌生微裂纹并扩展，从而导致零件疲劳失效。材料内部微裂纹影响了弹性场分布，均匀材料的各项同性的应力-应变本构关系不再适用，经典的解析方法不能准确计算含裂纹材料的接触状态和应力分布。本文建立了求解含任意角度的I/II混合型裂纹材料微滑移接触的半解析模型。首先，采用分布位错技术将裂纹近似为含有未知位错密度的攀移位错和滑移位错，计算已知的压力、摩擦力载荷以及位错密度等产生的应力，并基于近场的应力分布采用共轭梯度法求解位错密度，将位错密度导致的法向和切向位移引入表面接触的本构模型中，更新压力和摩擦力的分布状态，迭代计算至接触压力收敛。结果表明：不同的裂纹倾斜角度对材料接触行为和变形产生不同的影响，竖直裂纹有碍接触表面变形，使得裂纹上方的接触压力和剪切力变大；随着裂纹角度逐渐减小至水平状态，这种阻碍变形趋势逐渐减小，横向裂纹的存在使得表面变形变大；法向力和切向力的相互作用导致近表面应力分布沿着摩擦力方向偏移。该数值方法可以为微动疲劳损伤和断裂行为提供机理分析。