BEM and Shear lag method for interface problem of bi-material structure under static loading

The behaviour of the interface of a pre-cracked bi-material ceramic-metal structure under static axial loading is an object of interest in the present paper. To solve the problem for interface delamination of the structure and to determine the debond length along the interface, a 2D BEM code was created and applied. The interface plate is assumed as a very thin plate comparing with the others two. The parametric (geometric and elastic) analysis of the debond length and interface shear stress is done. First, the obtained numerical results are compared with analytical ones from 1D. Shear lag analysis of the considered structure. The respective comparison is illustrated in figures and shows a good agreement. The comparison between the calculated using 2D BEM code elastic-brittle debond lengths with Song's experimental data for the bi-material structure Zinc/Steel as well as with respective results from FEM simulation shows good coincidence.

W pracy badano zachowanie się na granicy pomiędzy warstwami metalu i ceramiki pod wpływem statycznego obciążenia przyłożonego w kierunku równoległym do połączenia pasm, w przypadku istnienia początkowego nacięcia w jednej z warstw prostopadłego do powierzchni połączenia. W celu rozwiązania zagadnienia delaminacji wzdłuż powierzchni łączącej oba materiały i wyznaczenia długości odspojenia został stworzony i zastosowany kod Metody Elementów Brzegowych – zagadnienie 2-wymiarowe. Warstwa łącząca dwa materiały została potraktowana jako bardzo cienka płyta, w porównaniu do grubości obu warstw materiałowych. Przeprowadzono parametryczną (geometrycznaą i sprężystą) analizę długości odspojenia (delaminacji) i naprężenia stycznego. Otrzymane rezultaty numeryczne porównano z analitycznymi rozwiązaniami 1-wymiarowej analizy tzw. metodą "shear lag". Otrzymane wyniki, zilustrowane na rysunkach, wykazują wzajemną zgodność. Pokazano również, że wyniki uzyskane przy użyciu Metody Elementów Brzegowych są zgodne z wynikami eksperymentu Song'a przeprowadzonego dla dwuwarstwowego elementu kompozytowego pomiędzy warstwą cynku i stali, a także z wynikami uzyskanymi w Metodzie Elementów Skończonych.