表面殘余應(yīng)力對(duì)含I型裂紋納米材料的斷裂行為影響.pdf

1、隨著科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步,納米科學(xué)和技術(shù)的快速發(fā)展,納米材料的應(yīng)用也在飛速增加。納米材料由于其優(yōu)良的綜合性能,特別是其性能的可設(shè)計(jì)性被廣泛應(yīng)用于航空、航天、國(guó)防、交通、體育、石油鉆探等領(lǐng)域。然而,納米材料的斷裂往往不能忽視表面殘余應(yīng)力對(duì)其影響,由于尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)和表面效應(yīng)的影響,微納米尺度下的材料的力學(xué)特性和表面力等均發(fā)生變化。在表面殘余應(yīng)力的作用下,材料往往會(huì)產(chǎn)生變形、裂紋,甚至斷裂。本文主要針對(duì)含I型裂紋的納米材料的斷裂問(wèn)

2、題,研究其表面殘余應(yīng)力對(duì)納米材料的力學(xué)行為。通過(guò)給出裂紋擴(kuò)展位移,強(qiáng)度因子,以及能量釋放率與裂紋的長(zhǎng)半軸的圖形分布,了解裂紋尖端場(chǎng)附近區(qū)域裂紋的擴(kuò)展情況;并從理論上給出推導(dǎo)過(guò)程,進(jìn)一步討論裂紋的擴(kuò)展與裂紋的長(zhǎng)度呈現(xiàn)的概率分布;并得到如下結(jié)果:
　　(1)提出表面殘余應(yīng)力對(duì)含I型裂紋的各向同性納米材料受到無(wú)窮遠(yuǎn)處載荷的二維應(yīng)力場(chǎng)問(wèn)題。利用本構(gòu)方程得出裂紋尖端的解。并給出M1時(shí)裂紋變化情況,指出裂紋擴(kuò)展位移、強(qiáng)度因子以及能量釋放率與C

3、1之間的關(guān)系并計(jì)算出精確解。
　　(2)討論了M1時(shí)的精確解很難計(jì)算出來(lái),只能通過(guò)迭代的方法;得到近似解。從圖形分析上,可以看出隨裂紋半徑a的增加,0CO/、和0G/G都趨近于1。這意味著當(dāng)裂紋半徑長(zhǎng)度增大到一定值,表面應(yīng)力對(duì)于裂紋變形和裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子以及能量釋放率的影響會(huì)變?nèi)跎踔翛](méi)有影響。當(dāng)裂紋長(zhǎng)度減小到納米級(jí)別時(shí),表面應(yīng)力的影響,對(duì)于裂紋擴(kuò)展的影響更加顯著。表面殘余應(yīng)力對(duì)于裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)的影響特別明顯。DCOD0K/K