【学术成果】薛章纳教师团队在含共线裂纹功能梯度材料及结构的热断裂行为研究方面取得新进展

近日，我院薛章纳教师团队在含共线裂纹功能梯度材料及结构的热断裂行为研究方面取得新进展，相关研究成果《Thermal fracture analysis of two collinear cracks in a functionally graded medium based on the three-phase-lag model》、《Size effect on the thermal fracture behavior of co-linear interface cracks in functionally graded coating/substrate structures》发表在《Applied Mathematics and Mechanics (English Edition)》。论文第一作者为学生王华孟，通讯作者为薛章纳老师，中国石油大学（华东）为第一署名单位和唯一通讯单位。该研究得到山东省自然科学基金项目、中央高校基本科研业务费专项资金和中国石油大学（华东）青年教学科研与改革项目的联合资助。

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当微纳尺度梯度涂层承受较大热梯度或高热通量时，空间尺寸效应不可忽视。探究尺寸效应如何影响功能梯度涂层/基底结构的热断裂行为具有重要意义。本文基于非局部双相滞后热传导模型，分析了非局部参数、涂层厚度、裂纹间距及非均匀参数对温度和应力强度因子的影响。数值结果表明，上述参数对结构的热断裂行为具有关键调控作用，尤其在微纳尺度下更为显著。

热冲击作用下功能梯度涂层/基底结构中两共线性界面裂纹示意图

研究发现，引入非局部参数导致剪切应力强度因子的最大值增大，表明尺寸效应显著影响剪切断裂；涂层厚度越大，温度与剪切应力强度因子越小，增厚涂层可有效降低结构断裂风险；当两共线裂纹相互接近时，裂纹间相互作用显著增强，表明结构断裂风险增大。这些发现对功能梯度涂层/基底结构的设计与优化具有重要指导意义，尤其在微纳尺度领域。

不同非局部参数下右裂纹尖端处的瞬态SIF

不同涂层厚度下右裂纹尖端处的瞬态温度分布