韧断微裂纹形核的原位观察与研究

本文通过对310不锈钢薄膜进行透射电子显微镜的原位拉伸观察,研究了韧断微裂纹的形核及向空洞的转化过程,并用细观断裂力学研究微裂纹的形核机理,结果表明,裂尖或其附近位错源发射位错后,裂尖仍有可能保持不钝化,裂尖无位错区是一个高应变的弹性区,裂尖局部区域内的应力可以达到原子键合力,从而导致一个或多个解理微裂纹优先在无位错区中形核,通过微裂纹发射位错或周围位错源的开动,微裂纹钝化成空洞,和主裂纹连接后导致塑性裂纹的“Z”字型扩展,微裂纹也可在钝化的主裂纹顶端形核,通过钝化、再形核方式导致韧断裂纹的连续扩展。     

金属间化合物脆性微裂纹形核的TEM观察

通过对Ti₃Al+Nb金属间化合物在透射电子显微镜下的原位拉伸,研究了脆性材料中位错的发射,无位错区(DFZ)的形成及其本质,以及脆性微裂纹在DFZ中的形核和扩展,并用细观断裂力学研究了微裂纹的形核过程,结果表明,脆性裂纹也能发射大量位错并形成DFZ,发射位错后裂纹可能钝化也可能不钝化,DFZ是一个畸变很高的弹性区,其中的应力有可能等于原子键合力,从而导致纳米级解理裂纹在DFZ或钝化裂纹顶端形核。     

纳米级解理微裂纹的形核和扩展

对TiAl金属间化合物薄膜试样在透射电子显微镜下进行了原位拉伸观察。结果表明,当外加应力强度因子K₁≥K_1e=1.4MPa·m^1/2时,裂尖能发射出大量位错,并能形成无位错区(DFZ),有时DFZ是一个包围裂尖的闭合区。测量表明,DFZ是一个应变很高的弹性区,因此其中的应力很高,有可能等于原子键合力σ_(th)当K₁≥K_1i=2.4MPa·m^1/2后,尖缺口顶端及前方DFZ中某一区域的应力都等于σ_th,从而可导致纳米级微裂纹在DFZ中不连续形核。计算指出,稳态微裂纹的临界尺寸为a_c=4.2nm,它一旦形核将不会钝化成孔洞,而是连续扩展并和主裂纹相连。解理微裂纹也能从尖缺口顶端处形核。不论是连续形核还是不连续形核的解理微裂纹,在恒位移条件下通过塑性区中位错的增殖和运动能扩展一段距离,但很快就止裂。必须使K₁≥k_1p才能使解理裂纹继续扩展,故K_1e     

CuNiAl形状记忆合金相变和裂纹形核及扩展的原位研究

采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电镜(TEM)原位拉伸技术研究了形状记忆合金CuNiAl应力诱发马氏体相变以及它与裂纹形核、扩展的交互作用.结果表明,裂尖应力集中能诱发层错及不同形态的马氏体.在TEM中加载时,裂纹前方的马氏体能从一种形态转变为另一种形态,甚至逆变成母相.微裂纹可以在马氏体/母相界面以及两个马氏体的交汇处形核.当裂纹扩展一段距离,裂尖应力集中足够大时,可产生滑移带,这时微裂纹更容易沿滑移带形核.     

氢致解理断裂机理

本文通过实验和分析表明,Fe—Si单晶中稳定的解理裂纹核,由n个[001]型Cottrell位错构成,n随局部应力σ升高而下降。滑移面上塞积位错数m=10.7×(n-1/4)。如果不含氢,室温时n₀和m₀。很大,塞积应力m₀τ₀足可使其它滑移系开动,故不会形成稳定的解理裂纹核,试样韧断。如有氢,它一方面能促进位错的增殖和反应;另一方面,带氢位错反应生成[001]位错时,氢复合成H₂,它产生的内压p和σ叠加,从而使...     

含有随机分布缺陷的弹性介质

本文对含有随机分布缺陷的固体中弹性场进行了研究.这些缺陷被简化成微空洞或微裂纹等.它们的位置、方位以及尺寸等都是一些随机参量.作者提出了随机点场模型用于描述这些参量的统计特性,并发展了随机缺陷介质的基本场方程及其解法.对于空洞及微裂纹两种缺陷形固体具体得到了弹性场在其中的分布形态.     

多晶体光滑表面疲劳微裂纹形核机理研究

建立晶体学模型来研究多晶体承受均匀外载时光滑表面疲劳微裂纹形核的机理．由于晶粒取向的不相同,即使承受均匀外载,多晶体内将产生不均匀的应力,变形也不均匀A·D2在疲劳载荷的作用下,表面粗糙度随疲劳周次逐渐增加,变形逐渐集中到若干部位,即局部化,形成微裂纹．     

单轴拉伸条件下细观非均匀性岩石损伤局部化和应力应变关系分析

岩石在拉应力状态下的力学特性不同于压应力状态下的力学特性．利用细观力学理论研究了细观非均匀性岩石拉伸应力应变关系包括:线弹性阶段、非线性强化阶段、应力降阶段、应变软化阶段.模型考虑了微裂纹方位角为Weibull分布和微裂纹长度的分布密度函数为Rayleigh函数时对损伤局部化和应力应变关系的影响,分析了产生应力降和应变软化的主要原因是损伤和变形局部化.通过和实验成果对比分析验证了模型的正确性和有效性．     

横观各向同性压电空间中圆裂纹与合成点源的三维相互作用

研究了横观各向同性压电空间中的圆裂纹与包括力偶极子、电偶极子、点力矩、力张和力旋这些常见合成点源的相互作用．用初等函数的形式给出了在任意位置和方向的合成点源作用下,裂纹尖端3种应力强度因子和电位移强度因子的三维解．其中圆裂纹包括币形裂纹和外圆裂纹．这一系列的力电合成点源不仅其自身在工程中普遍存在,而且在某些情形下还可以模拟诸如微裂纹、空洞、夹杂和位错等缺陷．     

双I—型裂纹断裂动力学问题的非局部理论解

研究了非局部理论双中I－型裂纹弹性波散射的力学问题,并利用富里叶变换使本问题的求解转换为三重积分方程的求解,进而采用新方法和利用一维非局部积分核代替二维非局部积分核来确定裂纹尖端的应力状态,这种方法就是Schmidt方法,所得结是比艾林根研究断裂静力学问题的结果准确和更加合理,克服了艾林根研究断裂静力学问题时遇到的数学困难,与经典弹性解相比,裂纹尖端不再出现物理意义下不合理的应力奇异性,并能够解释宏观裂纹与微观裂纹的力学问题。     

含有多条径向微裂纹的哈氏皮质骨

将哈氏皮质骨看作纤维增强型复合材料,考虑了存在于哈氏皮质骨间质组织中的多条径向微裂纹问题.根据线弹性断裂理论,讨论了骨单位中骨密质和微裂纹群之间的相互影响.运用位错技术和奇异积分方程求解,得到了微裂纹尖端应力强度因子的数值结果.通过把此模型的数值结果与纤维陶瓷基底模型的结果比较,说明了哈氏管道的存在对微裂纹尖端应力强度因子的影响.     

三轴压缩下岩石/混凝土的三维细观损伤模型

考虑三轴压应力作用下的无限大体深埋椭圆形裂纹的变形场,给出了闭合椭圆形微裂纹的能量释放率.采用能量平衡方法分析了闭合椭圆形微裂纹的扩展条件,得到了代表性体积单元中具有任意空间取向的单个闭合椭圆形微裂纹及其扩展引起的附加柔度张量.分析了闭合椭圆形微裂纹的偏折扩展,得到了微裂纹偏折扩展引起的附加柔度张量.采用Taylor方法考虑微裂纹系统对代表性体积单元变形的影响,引入概率密度函数,得到了三轴压缩下岩石/混凝土的三维细观损伤模型.分析了混凝土的单轴压缩特性,结果表明该模型能够很好地描述实验现象.     

非线性塑性材料内部空洞闭合模型的研究

基于典型体元(RVE)模型和Rayleigh-Ritz法,对材料内部空洞从球形闭合成裂纹的过程进行了定量研究.基体材料的本构关系采用幂次粘性方程.通过研究材料变形过程中内部球形空洞和圆形裂纹的演化规律,得到了各自的体积应变率的表达式.采用插值近似,建立了空洞闭合的解析模型,发现空洞变形的主要机理来自于空洞周围基体材料的塑性流动.空洞闭合模型反映了材料属性、远场应力三轴度、远场等效应变对空洞闭合的定量规律.空洞闭合模型的预测结果与文献中的数值结果和有限元计算结果相吻合.空洞闭合模型与CAE(computer-aided engineering)技术相结合可对材料加工工艺进行优化设计,为消除材料内部空洞提供了一条有应用前景的新途径.     

ZrO2相变多晶体塑性变形局部化行为的宏观—细观实验研究

本文首次综合运用高密度光栅、形貌仪以及激光Raman微探针技术对ZrO₂相变多晶体陶瓷材料的应力协助相变塑性行为进行了宏观—细观实验研究,发现了室温下材料受单轴拉伸和单轴压缩均匀应力以及受三点弯曲载荷时的塑性变形局部化行为,实验结果表明:相变塑性变形局部化以体膨胀剪切带的形式发生,宏观的变形局部化对应着微观上马氏体相变的局部化,这为进一步深入研究相变塑性局部化和相变塑性本构关系提供了重要的实验依据。     

反磁化形核行为的微磁学研究

本文指出,在对称情况下,微磁学中的反磁化形核问题是一个典型的分歧问题。利用对分歧问题的研究结果,在详细分析Brown方程分歧解的稳定性之后,得到的结论是:形核场是Brown方程的最大分歧点,Brown,Frei,Aharoni和Shtrikman等人用线性化方法获得的结果,包含在本文的笫一级微扰近似的结果中。不局限于线性化近似,文中还得到了形核场近旁的反磁化行为,它们或者连续地沿分歧解进行,或者是一个不连续跃变;同时,还给出了连续和不连续形核的判据。     

考虑记忆效应及尺寸效应窄长薄板的磁-热弹性耦合动态响应

引入记忆依赖微分的双相滞后热弹性理论能较完善地描述非Fourier导热现象,然而迄今尚未发现该理论综合考虑微尺度效应和磁、热、弹等多场耦合效应对材料力学行为的影响.通过考虑记忆依赖效应和非局部效应修正了双相滞后广义热弹性理论,基于改进后的理论研究了受周期性变化热源作用时窄长薄板的磁-热弹性耦合问题.首先建立问题的控制方程;然后结合边界条件与初值条件,利用Laplace变换和反变换技术对该问题进行求解;最后分别考察了磁场、相位滞后、时间延迟因子、核函数、非局部效应、时间对各无量纲量的影响,为微尺度材料的动态响应提供了有力参考依据.     

微极连续统的耦合场理论的再研究(Ⅱ)──微极热压电弹性理论和电磁热弹性理论

W.Nowacki曾建立起系统的微极热压电弹性理论和电磁热弹性理论。戴天民对W.Nowacki建立的微极热压电弹性理论和电磁热弹性理论进行了再研究,对这些理论局限于线性情形的原因和它们的不完整处进行了分析。针对这些理论中所存在的问题,建立起微极热压电弹性理论和电磁热弹性理论的更普遍的能量守恒原理和局部能量方程以及Hamilton原理。从戴天民所建立的更普遍能量守恒原理和Hamilton原理很自然地推导出局部和非局部微极热压电和电磁热弹性理论的完整的运动方程和边界条件以及能率均衡方程。通过引入两个新泛函和全变分还可另外得到位移、微转动、电势和温度边界条件。     

二维多裂纹弹性体的有效弹性模量

采用严格考虑微裂纹相互作用的分析方法 ,针对微裂纹随机分布和平行分布两种情况 ,计算了无限大体中代表性体元 (RVE)的有效弹性模量 ,并与其他细观损伤理论所得结果和试验结果进行了比较 .数值计算结果表明 ,所用方法简单精确 ,对求解多裂纹体问题非常有效     

理想微裂纹系统中的随机扩展效应

本文讨论了在理想微裂纹系统中,由于微裂纹的随机性扩展,对微裂纹统计演化产生的效应。文中提供了一般的理论框架,给出了便于处理的转移概率的表达式。最后,用数值计算的例子展示了随机模型的统计演化特征,并比较了与确定性扩展模型下统计演化的异同。     

非局部弹性体中的裂纹问题

本文由裂纹的位错塞积模型求解了非局部弹性体中的直线裂纹问题。得到的裂纹尖端应力为有限值。提出在非局部应力边界条件中必须考虑裂纹上、下表面间的长程内聚力。给出了物理意义更加明确的脆断表面能定义。导出了表面能、理论强度、临界断裂判据、裂纹尖端曲率半径等一系列结果。对非局部混合边值问题提出了以经典位移场为基础的求解方案。