針對(duì)組分材料體積分?jǐn)?shù)任意分布的聚合物功能梯度材料，研究其在蠕變加載條件下I型裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子( SIFs)和應(yīng)變能釋放率的時(shí)間相依特征。由Mori- Tanaka方法預(yù)測等效松弛模量，在I_aplace變換域中采用梯度有限元法和虛擬裂紋閉合方法計(jì)算斷裂參數(shù)，由數(shù)值逆變換得到物理空間的對(duì)應(yīng)量。分析邊裂紋平行于梯度方向的聚合物功能梯度板條，分別考慮均勻拉伸和三點(diǎn)彎曲蠕變加載。結(jié)果表明，聚合物梯度材料應(yīng)變能釋放率隨時(shí)間增加，其增大的程度與黏彈性組分材料體積分?jǐn)?shù)正相關(guān)；材料的非均勻黏彈性性質(zhì)產(chǎn)生應(yīng)力重新分布，導(dǎo)致裂紋尖端應(yīng)力場強(qiáng)度隨時(shí)間變化，當(dāng)裂紋位于黏彈性材料含量較低的一邊時(shí)，應(yīng)力強(qiáng)度兇子隨時(shí)間增加，反之，隨時(shí)間減小。而且，材料的應(yīng)力強(qiáng)度因子與時(shí)間相依的變化范圍和體積分?jǐn)?shù)分布以及加載方式有關(guān)，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)接近線性分布時(shí)，變化最明顯，三點(diǎn)彎曲比均勻拉伸的變化大。SIFs隨時(shí)間的延長增加或減小、加劇或減輕裂紋尖端部位的“衰壞”，表明黏彈性功能梯度裂紋體的延遲失穩(wěn)需要聯(lián)合采用應(yīng)力強(qiáng)度因子與應(yīng)變能釋放率作為雙控制參數(shù)。

       高聚物功能梯度材料包括金屬／高聚物、陶瓷／高聚物和無機(jī)填料／高聚物等，其應(yīng)用前景廣泛，如用做人體組織器官修復(fù)的生物醫(yī)學(xué)材料、熱應(yīng)力緩和作用的耐磨機(jī)械零件和建材等。材料制備及加工產(chǎn)生缺陷或裂紋，以及高分子組分材料的黏彈性性質(zhì)，會(huì)使得高聚物功能梯度材料發(fā)生時(shí)間相依的失效。因此，研究此類材料的黏彈性斷裂行為對(duì)材料設(shè)計(jì)、制備及應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。然而，關(guān)于高聚物功能梯度材料時(shí)間相依斷裂的研究T作仍很少。

       本文采用文獻(xiàn)[4]的有限元數(shù)值方法，在蠕變加載條件下，分析高聚物功能梯度材料裂紋體的應(yīng)變能釋放率和應(yīng)力強(qiáng)度因子的時(shí)間相依特征，有助于深入認(rèn)識(shí)此類材料的延遲斷裂機(jī)制。文中首先簡述斷裂參數(shù)的計(jì)算方法，然后以裂紋平行于梯度方向的邊裂紋板條為對(duì)象展開分析。

   聚合物梯度材料黏彈性斷裂的雙控制參數(shù).pdf