非均质材料中位错与几种典型显微结构的相互作用

论文摘要

非均质材料中位错与显微结构之间的干涉效应问题,是当前固体力学与材料科学研究领域的前沿热点课题。本文针对非均质材料中位错与几种典型显微结构的弹性和电弹性干涉进行理论分析。分别研究了压电材料中螺型位错与界面运动裂纹的相互作用；压电材料中螺型位错与唇形裂纹的干涉问题以及螺型位错偶极子与含界面刚性线圆形夹杂的干涉问题。本文运用复变函数解析延拓原理,将上述问题转化为Riemann-Hilbert边值问题,结合复应力函数奇性主部分析方法、广义Liouville定理和Cauchy型积分别获得了上述问题复势函数的精确解答。根据Peach-Koehler公式,分别导出了相应位错力的解析表达式。研究了位错力随材料参数和界面几何参数变化而产生的变化规律。研究结果发现,在压电双向材料中螺型位错与界面运动裂纹的干涉问题中,当时间越短或当位错速度增大时均可削弱位错对应力强度因子的反屏蔽效应。在螺型位错与唇形裂纹的干涉问题中,唇形裂纹附近螺型位错产生的屏蔽效应随螺型位错和裂纹尖端距离的增加而减小,同时,裂纹高度对螺型位错的屏蔽效应也有一定的影响,裂纹越高屏蔽效应越弱。在位错偶极子与含界面刚性线圆形夹杂的干涉问题中,位错偶极子对刚性线应力强度因子具有很强的屏蔽或反屏蔽效应；软夹杂吸引位错偶极子,而刚性线排斥位错偶极子,在一定条件下,二者的组合可能导致裂纹附近出现无位错区；当刚性线的长度和材料剪切模量比达到临界值时,可以改变偶极子和界面之间的干涉机理。同时,刚性线长度对位错偶极子中心像力偶矩也有很大的影响。本文结果可为相关非均质材料的结构设计提供科学依据,同时,也可为进一步研究相关结构材料的强韧化机理提供基本解。且作为本文特例包含了以往文献中的若干结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 非均质材料位错理论的研究背景及动力
• 1.2 非均质材料位错理论的研究意义和发展状态
• 1.2.1 压电材料中位错与显微结构的相互干涉
• 1.2.2 位错偶极子与显微结构的相互干涉
• 1.2.3 非均质材料中运动位错与显微结构的相互干涉
• 1.3 本文研究内容与创新点
• 第2章 压电双相材料中螺型位错与界面运动裂纹的相互作用
• 2.1 引言
• 2.2 位错的概念与分类
• 2.3 问题描述与基本公式
• 2.4 问题解答
• 2.5 动应力强度因子
• 2.6 数值分析和讨论
• 2.7 本章小结
• 第3章 压电材料中螺型位错与唇形裂纹的相互作用
• 3.1 引言
• 3.2 问题描述与基本公式
• 3.3 问题解答
• 3.4 应力强度因子
• 3.5 位错力
• 3.6 数值分析与讨论
• 3.7 本章小结
• 第4章 螺型位错偶极子与含界面刚性线圆形夹杂的相互作用
• 4.1 引言
• 4.2 问题描述与基本公式
• 4.3 问题解答
• 4.3.1 一般解
• 4.3.2 封闭解
• 4.4 应力强度因子
• 4.5 像力与像矩
• 4.6 数值分析与讨论
• 4.7 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间完成与发表的学术论文）