位錯與裂紋-含非理想界面夾雜的干涉機理研究.pdf

1、材料中位錯與界面、夾雜或裂紋之間的干涉效應(yīng)，對于研究材料的力學(xué)行為和其它物理性能具有重要的理論意義和實際價值，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。在研究位錯與夾雜的干涉機理時，界面粘結(jié)條件是一個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)、加工和使用過程中，不可避免地會產(chǎn)生非連續(xù)界面缺陷，界面有限長裂紋和有限長剛性線夾雜是兩種最常見的典型情形。界面的非

2、理想性會影響位錯與夾雜的干涉效應(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。包括螺型位錯與多個含非理想界面圓形夾雜的彈性干涉效應(yīng)；螺型位錯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與含非理想界面圓形夾雜的電彈性耦合干涉效應(yīng)。同時，研究了在無窮遠(yuǎn)縱向剪切作用下，螺型位錯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)，以及螺型位錯偶極子與Ⅲ型界面裂紋的彈性干涉效應(yīng)。研究了無限大各向異性彈性介質(zhì)和壓電介質(zhì)中位錯與含界面裂紋橢圓夾雜的電、彈性干涉效應(yīng)。最后，研究了楔型向錯偶極子與表面楔型裂紋的彈性干涉效應(yīng)。本文主要研究內(nèi)容如下： 螺型位錯與多個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)出了各個區(qū)域的應(yīng)力場和位錯力的解析表達(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位錯在一個夾

4、雜附近時的運動與平衡的影響規(guī)律。 螺型位錯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，得到了問題的解析解，求出了作用在位錯上的位錯力，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位錯力的影響規(guī)律，并對夾雜附近位錯之間的干涉進(jìn)行了探討。 在反平面剪切和平面內(nèi)電場作用下，壓電材料中螺型位錯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，類似地引入了一個界面電勢分

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)勢函數(shù)的解析解以及電彈性場分量。通過廣義Peach-Koehler公式，得到了作用在螺型位錯上位錯力的解析表達(dá)式。給出了當(dāng)螺型位錯靠近夾雜時，界面非理想性、材料電彈性失配以及附近螺型位錯對指定螺型位錯上位錯力的影響規(guī)律。 在無窮遠(yuǎn)縱向剪切作用下，螺型位錯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)出了該問題彈性場的一般解，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)力強度因子以及界面缺陷對位錯力擾動效應(yīng)的解析表達(dá)式，給出了界面裂紋和界面剛性線對位錯力的影響規(guī)律以及螺型位錯偶極子對界面裂紋和界面剛性線尖端應(yīng)力場的屏蔽和反屏蔽作用規(guī)律。 無限大各向異性彈性介質(zhì)和壓電介質(zhì)中位錯與含界面裂紋橢圓夾雜的電、彈性干涉效應(yīng)。奇點載荷以廣義線力和廣義

7、線位錯的形式給出，應(yīng)用Stroh公式和復(fù)變函數(shù)解析延拓技術(shù)，導(dǎo)出了該問題Green函數(shù)級數(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)力強度因子；應(yīng)用擾動技術(shù)計算了作用在線位錯上的位錯力。 楔型向錯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，將干涉問題轉(zhuǎn)化為邊值問題，得到了問題的封閉形式解。研究了表面楔型裂紋附近楔型向錯偶極子的平衡位置；給出了向錯偶極子對表面楔型裂紋尖端應(yīng)力場的屏蔽和反屏蔽作用規(guī)律。

8、 本文的主要創(chuàng)新性成果：成功地應(yīng)用復(fù)勢函數(shù)方法研究了壓電材料中螺型位錯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螺型位錯電彈性干涉的擾動效應(yīng)。 首次研究了圓形夾雜及其界面缺陷對螺型位錯偶極子移動和轉(zhuǎn)動的影響，以及偶極子對界面缺陷尖端應(yīng)力場的屏蔽和反屏蔽作用規(guī)律，研究了裂紋尖端附近無位錯區(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題，得