中文摘要：

本项目对涂层材料在热-机械接触载荷下的断裂力学问题进行研究。对于涂层和基底材料性能的不同匹配以及不同的涂层厚度等，通过接触应力分析，提出相关涂层材料的裂纹起裂和涂层断裂破坏过程的模型。建立一种适合于涂层材料在任意接触载荷下（同时考虑摩擦生热）的任意形状多裂纹问题分析的奇异积分方程方法，对所涉及基本理论和数值求解技术进行研究。利用所建立的方法对涂层材料的裂纹扩展和断裂破坏全过程进行数值分析。通过本项目的研究，将大大提高目前涂层材料在接触载荷下的断裂力学问题的研究水平，同时为涂层材料的设计和制备以及防断裂和延寿提供必要的理论和数值分析基础。

结论摘要：

本项目重点对涂层材料在接触载荷下的断裂强度问题进行研究。通过对基本解、裂纹表面单元模式、裂纹与自由表面交界处的单元模式、裂纹表面超奇异积分计算、各类形状裂纹的单元几何形状等理论和数值分析技术的研究，建立一套任意载荷作用下的双材料和涂层材平面和三维料线弹性应力分析和断裂力学分析的混合边界元法。从界面裂纹尖端附近振荡奇性应力场出发，提出了一个全新的周向主应力断裂模型，同时，对界面裂纹究竟沿界面还是沿母材扩展，提出了一个竞争准则，克服了现有最大周向应力准则中无法确定界面裂纹扩展方向的问题。系统分析计算了500余种情况下的涂层和界面裂纹应力强度因子，综合分析了材料匹配、涂层厚度、裂纹深度和长度、接触载荷位置、两裂纹干涉等因素对涂层表面裂纹和界面裂纹应力强度因子的影响，计算结果整理成无量纲应力强度因子图表集，供进一步的研究和工程应用参考，同时为涂层材料的设计和制备及防断裂和延寿提供了数值分析基础。