位錯(cuò)與裂紋-含非理想界面夾雜的干涉機(jī)理研究.pdf

1、材料中位錯(cuò)與界面、夾雜或裂紋之間的干涉效應(yīng)，對(duì)于研究材料的力學(xué)行為和其它物理性能具有重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值，是當(dāng)前固體力學(xué)和材料科學(xué)研究領(lǐng)域的前沿課題。在研究位錯(cuò)與夾雜的干涉機(jī)理時(shí)，界面粘結(jié)條件是一個(gè)非常重要的影響因素。以往的研究大多局限于粘結(jié)完好的理想界面情形，實(shí)際上，理想粘結(jié)界面模型忽略了界面上的損傷。復(fù)合材料在生產(chǎn)、加工和使用過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生非連續(xù)界面缺陷，界面有限長(zhǎng)裂紋和有限長(zhǎng)剛性線夾雜是兩種最常見(jiàn)的典型情形。界面的非

2、理想性會(huì)影響位錯(cuò)與夾雜的干涉效應(yīng)，從而影響復(fù)合材料的力學(xué)性能。 本文首次較為系統(tǒng)地研究了位錯(cuò)與裂紋/含非理想界面夾雜的電、彈性干涉效應(yīng)，得到了這些問(wèn)題的精確基本解，揭示了一系列干涉的新規(guī)律。包括螺型位錯(cuò)與多個(gè)含非理想界面圓形夾雜的彈性干涉效應(yīng)；螺型位錯(cuò)與含非理想界面圓形涂層夾雜的彈性干涉效應(yīng)；壓電材料中螺型位錯(cuò)與含非理想界面圓形夾雜的電彈性耦合干涉效應(yīng)。同時(shí)，研究了在無(wú)窮遠(yuǎn)縱向剪切作用下，螺型位錯(cuò)偶極子與含界面缺陷(界面裂紋和界

3、面剛性線)圓形夾雜的彈性干涉效應(yīng)，以及螺型位錯(cuò)偶極子與Ⅲ型界面裂紋的彈性干涉效應(yīng)。研究了無(wú)限大各向異性彈性介質(zhì)和壓電介質(zhì)中位錯(cuò)與含界面裂紋橢圓夾雜的電、彈性干涉效應(yīng)。最后，研究了楔型向錯(cuò)偶極子與表面楔型裂紋的彈性干涉效應(yīng)。本文主要研究?jī)?nèi)容如下： 螺型位錯(cuò)與多個(gè)含非理想界面圓形夾雜的彈性干涉效應(yīng)。應(yīng)用復(fù)變函數(shù)方法，導(dǎo)出了各個(gè)區(qū)域的應(yīng)力場(chǎng)和位錯(cuò)力的解析表達(dá)式，給出了夾雜尺寸、夾雜濃度、材料彈性失配以及界面非理想性等因素對(duì)位錯(cuò)在一個(gè)夾

4、雜附近時(shí)的運(yùn)動(dòng)與平衡的影響規(guī)律。 螺型位錯(cuò)與含非理想界面圓形涂層夾雜的彈性干涉效應(yīng)。應(yīng)用復(fù)變函數(shù)方法，得到了問(wèn)題的解析解，求出了作用在位錯(cuò)上的位錯(cuò)力，給出了涂層厚度、材料彈性失配以及界面非理想性等因素對(duì)位錯(cuò)力的影響規(guī)律，并對(duì)夾雜附近位錯(cuò)之間的干涉進(jìn)行了探討。 在反平面剪切和平面內(nèi)電場(chǎng)作用下，壓電材料中螺型位錯(cuò)與含非理想界面圓形夾雜的電彈性耦合干涉效應(yīng)?？紤]界面粘結(jié)的非理想性，在彈簧層模型基礎(chǔ)上，類(lèi)似地引入了一個(gè)界面電勢(shì)分

5、量的跳躍與界面電位移分量之間的線性關(guān)系，導(dǎo)出了夾雜和基體中復(fù)勢(shì)函數(shù)的解析解以及電彈性場(chǎng)分量。通過(guò)廣義Peach-Koehler公式，得到了作用在螺型位錯(cuò)上位錯(cuò)力的解析表達(dá)式。給出了當(dāng)螺型位錯(cuò)靠近夾雜時(shí)，界面非理想性、材料電彈性失配以及附近螺型位錯(cuò)對(duì)指定螺型位錯(cuò)上位錯(cuò)力的影響規(guī)律。 在無(wú)窮遠(yuǎn)縱向剪切作用下，螺型位錯(cuò)偶極子與含界面缺陷(界面裂紋和界面剛性線)圓形夾雜的彈性干涉效應(yīng)；以及螺型位錯(cuò)偶極子與Ⅲ型界面裂紋的彈性干涉效應(yīng)。應(yīng)用

6、復(fù)變函數(shù)解析延拓技術(shù)和復(fù)應(yīng)力函數(shù)奇性主部分析方法，導(dǎo)出了該問(wèn)題彈性場(chǎng)的一般解，得到了含一條界面裂紋和界面剛性線的封閉形式解。導(dǎo)出了界面裂紋和界面剛性線尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子以及界面缺陷對(duì)位錯(cuò)力擾動(dòng)效應(yīng)的解析表達(dá)式，給出了界面裂紋和界面剛性線對(duì)位錯(cuò)力的影響規(guī)律以及螺型位錯(cuò)偶極子對(duì)界面裂紋和界面剛性線尖端應(yīng)力場(chǎng)的屏蔽和反屏蔽作用規(guī)律。 無(wú)限大各向異性彈性介質(zhì)和壓電介質(zhì)中位錯(cuò)與含界面裂紋橢圓夾雜的電、彈性干涉效應(yīng)。奇點(diǎn)載荷以廣義線力和廣義

7、線位錯(cuò)的形式給出，應(yīng)用Stroh公式和復(fù)變函數(shù)解析延拓技術(shù)，導(dǎo)出了該問(wèn)題Green函數(shù)級(jí)數(shù)形式的精確解。在得到基本解的基礎(chǔ)上，求出了界面裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子；應(yīng)用擾動(dòng)技術(shù)計(jì)算了作用在線位錯(cuò)上的位錯(cuò)力。 楔型向錯(cuò)偶極子與表面楔型裂紋的彈性干涉效應(yīng)。應(yīng)用復(fù)變函數(shù)方法，將干涉問(wèn)題轉(zhuǎn)化為邊值問(wèn)題，得到了問(wèn)題的封閉形式解。研究了表面楔型裂紋附近楔型向錯(cuò)偶極子的平衡位置；給出了向錯(cuò)偶極子對(duì)表面楔型裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的屏蔽和反屏蔽作用規(guī)律。

8、 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新性成果：成功地應(yīng)用復(fù)勢(shì)函數(shù)方法研究了壓電材料中螺型位錯(cuò)與含非理想界面圓形夾雜的電彈性干涉效應(yīng)，探討了界面非理想性對(duì)螺型位錯(cuò)電彈性干涉的擾動(dòng)效應(yīng)。 首次研究了圓形夾雜及其界面缺陷對(duì)螺型位錯(cuò)偶極子移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的影響，以及偶極子對(duì)界面缺陷尖端應(yīng)力場(chǎng)的屏蔽和反屏蔽作用規(guī)律，研究了裂紋尖端附近無(wú)位錯(cuò)區(qū)的分布。 創(chuàng)造性地綜合應(yīng)用Stroh公式和解析延拓技術(shù)，研究了各向異性材料中奇異源與橢圓夾雜界面裂紋的干涉問(wèn)題，得