异质固体界面周期性层状夹杂物对界面完整性的影响机制研究

本文通过建立周期性矩形层状夹杂物理论模型，结合格林函数法和等效特征应变原理，解析了异质固体界面应力场分布规律，创新性提出应力集中因子(SCF)评估体系，为工程实践中界面夹杂问题提供了普适性解决方案。研究涵盖均质/非均质夹杂、多相材料耦合等复杂工况，并通过有限元模拟验证了理论准确性。

　　

Highlight

周期性矩形层状夹杂物界面问题的理论构建

本研究首次建立了异质固体界面周期性矩形层状夹杂物的完整理论框架。如图1(a)所示，通过将线夹杂概念与格林函数法相结合，在平面弹性理论框架下推导出均质周期性夹杂问题的Kolosov-Muskhelishvili复势解。基于等效特征应变原理，进一步获得具有任意特征应变分布的非均质周期性矩形层状夹杂问题的显式解析解。

应力集中因子(SCF)的创新定义

研究创造性地提出新型应力集中因子评估体系，用于量化界面强度。通过参数化分析发现：① 夹杂物尺寸与基体材料的弹性模量比显著影响SCF值；② 当夹杂物厚度与周期长度比达到临界值时，界面裂纹萌生风险急剧升高。这些发现为优化热障涂层(TGO)等工程结构的界面设计提供了理论依据。

有限元验证与工程应用

通过ABAQUS软件建立三维有限元模型，验证了理论解的准确性（误差<5%）。典型案例分析表明：对于含有Al₂O₃夹杂的Ni基合金系统，当夹杂物纵横比>3时，界面应力集中效应呈现指数级增长。所建立的解析公式可直接应用于航空航天、核反应堆等领域的界面完整性评估。

Conclusion

本研究突破传统刚性夹杂假设的限制，建立了适用于任意特征应变分布的弹性夹杂模型。理论解与数值模拟的高度吻合证实了该模型在解决复杂界面夹杂问题中的优越性，为材料界面失效预警和寿命预测提供了新范式。