高熵合金强韧化理论建模与模拟研究进展

高熵合金因其优异的性能受到广泛关注，如高强度、高硬度、高韧性、高耐磨、高耐辐照、高耐腐蚀、高电阻、高耐热等，有望应用于核能、航天航空等重要领域和重大装备。从高熵合金制备、组织结构以及性能表征等方面开展的实验研究表明其独特的性质依赖于高熵合金高熵效应、晶格畸变和扩散迟滞。在微观尺度以及宏观尺度, 理论模型和数值模拟为研究高熵合金微观机理和力学特性提供了一种方法。建立从高熵合金的微观结构与变形机理到宏观独特力学性能的联系是一个多尺度的科学问题。最近，基于实验观察结果，采用多尺度的理论与模拟方法（第一性原理、分子动力学、离散位错动力学、晶体塑性有限元、微结构依赖的理论模型），研究了高熵合金层错能、弹性模量、扩散系数以及相稳定性，揭示了高熵合金变形与强韧化机制。本文综述多尺度计算在高熵合金力学性能和变形行为方面的研究进展，并对高熵合金在原位变形实验、高通量技术以及机器学习方面的研究进行简要展望。     

刃型位错和圆弧形刚性线夹杂的干涉效应

位错和夹杂的干涉效应对于理解材料的强化和韧化机理具有十分重要的意义。文中研究了晶体材料中刃型位错和多条共圆弧刚性线夹杂的干涉作用。利用Riemann—Schwarz反照原理和复势函数的奇性主部分析技术，得到了问题的一般解答；对于只含一条刚性线夹杂的情况，给出了复势函数的封闭形式解。由Peach-Koehler公式求出了作用在刃型位错上的位错力，并讨论了圆弧形刚性线夹杂对位错力的影响规律，发现弧形刚性线对刃型位错有很强的排斥作用。本文解答不但可作为格林函数获得任意分布位错的相应解答，而且可以用于研究刚性线夹杂和任意形状裂纹的干涉效应问题。     

高熵合金辐照硬化与力学性能研究

高熵合金由于多主元元素混合引起高熵结构效应，使其具有优异的物理、力学和化学特性，如高强度、高耐磨性、耐蚀性、热稳定性、优异的抗辐照性能等。然而，辐照诱发高熵合金材料的硬化行为和力学性能预测仍缺少相关研究，严重地限制了对其长期服役后材料性能的评估。基于晶体塑性理论结合实验结果，研究了空洞形状依赖的硬化行为、位错环诱发的硬化行为以及氧化物弥散增强的高熵合金力学性能。研究发现，考虑多面体空洞与位错的概率依赖的空间交互作用，能够更加准确地预测辐照金属的屈服应力；晶格畸变对屈服强度，有着重要的贡献；氧化物弥散相对位错运动起强烈钉扎的作用，从而对强度产生影响，直接决定抗辐照性能。高熵合金作为一种具有综合优异力学性能的新型结构材料，在先进核能系统中有望被广泛应用，比如核反应堆的核燃料包壳管。     

位错偶极子和Ⅲ型界面裂纹的干涉效应

研究了多晶体材料中螺型位错偶极子和界面裂纹的弹性干涉作用.利用复变函数方法,得到了该问题复势函数的封闭形式解答.求出了由位错偶极子诱导的应力场和裂纹尖端应力强度应子,分析了偶极子的方向,偶臂和位置以及材料失配对应力强度因子的影响.推导了作用在螺型位错偶极子中心的像力和力偶矩,并讨论了界面裂纹几何条件和不同材料特征组合对位错偶极子平衡位置的影响规律.结果表明,裂纹尖端的螺型位错偶极子对应力强度因子会产生强烈的屏蔽或反屏蔽效应.同时,界面裂纹对螺型位错偶极子在材料中运动有很强的扰动作用.     

Elastic behaviour of an edge dislocation near a sharp crack emanating from a semi-elliptical blunt crack

The interaction between an edge dislocation and a crack emanating from a semi-elliptic hole is dealt with. Utilizing the complex variable method, closed form solutions are derived for complex potentials and stress fields. The stress intensity factor at the tip of the crack and the image force acting on the edge dislocation are also calculated. The influence of the morphology of the blunt crack and the position of the edge dislocation on the shielding effect to the crack and the image force is examined in detail. The results indicate that the shielding or anti-shielding effect to the stress intensity factor increases acutely when the dislocation approaches the tip of the crack. The effect of the morphology of the blunt crack on the stress intensity factor of the crack and the image force is very significant.     

无穷远处Ⅲ型均布荷载与集中荷载作用下应变加强层连接唇形裂纹的解析解

通过对保角映射及解析延拓的应用,获得了无穷远处Ⅲ型均布荷载和集中荷载作用下,连接在唇形裂纹面上的内埋应变加强层的级数形式应力解析解．分析了材料匹配、界面连接及几何特征对界面应力的影响,研究发现对于不同的荷载形式,合理的材料匹配、连接及几何特征能够有效地减少应力集中和界面应力．     

纳米线涂层中失配位错偶极子分析

研究了纳米线环形晶体薄膜涂层中失配位错偶极子与纳米线的干涉效应,并考虑纳米尺度应力效应及纳米线晶格失配的影响。运用弹性复势方法,分别获得了涂层和纳米线区域复势函数的精确解析解。利用求得的应力场和Peach-Koehler公式,得到了作用在螺型位错偶极子上像力和失配应力的精确表达式。算例结果表明,涂层纳米线界面应力和失配应力对涂层中失配位错偶极子的作用影响很大,由于界面应力和失配应力的存在,可以改变涂层内位错偶极子与纳米线干涉的引斥规律。与宏观尺度下的线型材料相比,纳米线材料由于界面效应的影响,位错偶极子在涂层中平衡位置的数量增加,涂层中更容易产生失配位错偶极子。考虑纳米线晶格失配的影响后,位错偶极子在涂层中平衡位置的数量增加。由此可知,减小纳米线晶格失配的影响,可以控制失配位错偶极子的产生。     

楔型向错偶极子和裂纹的干涉效应

研究了晶体材料中一个楔型向错偶极子与裂纹的弹性干涉效应．运用复变函数方法获得了复势函数和应力场的封闭形式解答,导出了裂纹尖端应力强度因子和作用在向错偶极子中心点像力的解析表达式．获得了向错偶极子的位置、方向和偶臂长度对裂纹尖端应力强度因子的影响规律,并讨论了裂纹附近向错偶极子的平衡位置．结果表明向错偶极子靠近裂纹尖端时,对应力强度因子有明显的屏蔽或反屏蔽作用．     

Antiplane problem of circular ARC interfacial rigid line inclusions

The antiplane problem of circular arc rigid line inclusions under antiplane concentrated force and longitudinal shear loading was dealt with. By using RiemannSchwaz‘s symmetry principle integrated with the singularity analysis of complex functions, the general solution of the problem and the closed form solutions for some important practical problems were presented. The stress distribution in the immediate vicinity of circular arc rigid line end was examined in detail. The results show that the singular stress fields near the rigid inclusion tip possess a square-root singularity similar to that for the corresponding crack problem under antiplane shear loading, but no oscillatory character. Furthermore, the stresses are found to depend on geometrical dimension, loading conditions and materials parameters. Some practical results concluded are in agreement with the previous solutions.     

A moving screw dislocation near interfacial rigid lines in two dissimilar anisotropic media

This paper attempts to investigate the problem for the interaction between a uniformly moving screw dislocation and interface rigid lines in two dissimilar.anisotropic. materials. Integrating Riemann-Schwarz＇s symmetry principle with the analysis singularity of complex functions, we present the general elastic solutions of this problem and the closed form solutions for interfaces containing one and two rigid lines. The expressions of stress intensity factors, at the rigid line tips and image force acting on moving dislocation are derived explicitly. The results show that dislocation velocity has an antishielding effect on the rigid line tip and a larger dislocation velocity leads to the equilibrium position of dislocation closing with the rigid line. The presented solutions contain previously known results as the special cases.