螺型位错偶极子与界面钝裂纹的干涉效应

研究了螺型位错偶极子与界面钝裂纹的干涉效应.应用保角变换技术,得到了复势函数与应力场的封闭解析解,讨论了位错偶极子方位、臂长及裂纹钝化程度对位错偶板子屏蔽效应和发射条件的影响.结果表明,与单个螺型位错不同,螺型位错偶极子与x轴夹角在一定范围内时才可以降低界面钝裂纹尖端的应力强度因子(屏蔽效应),屏蔽效应随偶板子臂长的增大而增强,随裂纹钝化程度的增大而增强,屏蔽区域也随裂纹钝化程度的增大而增大;位错偶极子发射所需的临界无穷远加载随偶极子臂长的增加而减小,随位错方位角及裂纹钝化程度的增加而增大;最可能的位错偶极子发射角度为0.螺型位错偶极子的发射比单个螺型位错的发射要困难.本文解答的特殊情况与相关文献给出的解答一致.     

螺型位错偶极子与圆形界面刚性线的干涉效应研究

本文重点研究螺型住错偶极子和圆形夹杂界面刚性线的弹性干涉效应。利用复变函数方法,得到了该问题的一般解;此外还求出了只含一条界面刚性线时的封闭解答,得到了刚性线尖端的应力强度因子以及作用在螺型位错偶板子中心的像力和像力偶矩。研究结果表明：位错偶板子对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板子,在一定条件下,位错偶极子在刚性线附近出现一个平衡位置;当刚性线的长度争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;刚性线长度对位错偶极子中心像力偶矩也有很大的影响。     

增强相/夹杂内螺位错偶极子与含共焦钝裂纹椭圆夹杂的干涉效应

运用弹性力学的复势方法,研究了纵向剪切下增强相/夹杂内螺型位错偶极了与含共焦钝裂纹椭圆夹杂的干涉效应,得到了该问题复势函数的封闭形式解答,由此推导出了夹杂区域的应力场、作用在螺型位错偶极子中心的像力和像力偶矩以及裂纹尖端应力强度因子的级数形式解.并分析了位错偶极子倾角ψ、钝裂纹尺寸和材料常数对位错像力、像力偶矩以及应力强度因子的影响.数值计算结果表明:位错像力、像力偶矩以及应力强度因子均随位错偶极子倾角做周期变化;夹杂内部的椭圆钝裂纹明显增强了硬基体对位错的排斥,减弱了软基体对位错的吸引,且对于硬夹杂,位错出现了一个不稳定平衡位置,该平衡位置随钝裂纹曲率的增大不断向界面靠近;变化ψ值将出现改变位错偶极子对应力强度因子作用方向的临界值.     

一维六方准晶中螺型位错偶极子与直线纳米裂纹的干涉效应

关于准晶中螺型位错偶极子与直线纳米裂纹干涉效应的问题，提出了一种可获得精确解的新方法。首先，将Gurtin-Murdoch表/界面理论推广运用到准晶材料中的纳米裂纹问题，建立了裂纹表面上含声子场、相位子场的应力边界模型；然后，利用复变函数中的共形映射方法，将直线裂纹问题化为单位圆孔问题；再借助于柯西积分方法获得了问题的封闭解；最后，数值结果表明：当裂纹的尺寸减小到纳米量级时，表面效应将对声子场和相位子场中的应力场、像力及像力偶矩产生显著的影响，从而改变其力学性能，即裂纹尺寸越小，表面效应越强，声子场和相位子场中的应力场、像力及像力偶矩的数值变化越大；螺型位错偶极子力偶臂的方向对像力的极值和自身平衡亦有较大影响。     

楔型向错偶极子与含界面裂纹圆形夹杂的弹性干涉

运用共形映照、解析延拓以及柯西型积分运算等复变函数方法研究无限大平面中楔型向错偶极子与界面裂纹、圆形夹杂的弹性干涉问题.求出含一条裂纹应力场的封闭形式解后,推导了裂纹尖端应力强度因子和作用在向错偶极子中心的向错力的表达式,研究了偶极子位置、方向、偶臂长度及材料性质对应力强度因子的影响,并分析了裂纹及夹杂对逐渐靠近的向错偶极子排斥或吸引作用的规律.     

压电螺位错与含界面裂纹圆形涂层夹杂的干涉

研究位于基体或夹杂中任意点的压电螺型位错与含界面裂纹圆形涂层夹杂的电弹耦合干 涉问题. 运用复变函数方法,获得了基体,涂层和夹杂中复势函数的一般解答. 典型例 子给出了界面含有一条裂纹时,复势函数的精确级数形式解. 基于已获得的复势函数和广 义Peach-Koehler公式,计算了作用在位错上的像力. 讨论了裂纹几何条件,涂层厚度和材 料特性对位错平衡位置的影响规律. 结果表明,界面裂纹对涂层夹杂附近的位错运动有很大 的影响效应,含界面裂纹涂层夹杂对位错的捕获能力强于完整粘结情况;并发现界面裂纹长 度和涂层材料常数达到某一个临界值时可以改变像力的方向. 解答的特殊情形包含了以 往文献的几个结果.     

压电螺型位错和共线界面刚性线夹杂的干涉效应

研究了压电材料中压电螺型位错和共线界面导电刚性线夹杂的电弹干涉效应.运用复变函数解析延拓技术与奇性主部分析方法,获得了该问题的一般解答.作为算例,求出了界面含一条刚性线夹杂时两种压电介质区域广义应力函数的封闭形式解.导出了作用在位错上的像力和刚性线夹杂表面剪应力和电位移的解析表达式.讨论了界面刚性线长度,两种材料的剪切模量比和压电系数比对位错力和刚性线表面剪应力的影响规律.为进一步研究该类问题提供了一个基本解.     

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。     

压电双材料界面钝裂纹附近螺型位错的屏蔽效应与发射条件

研究了压电双材料界面钝裂纹附近螺型位错的屏蔽效应与发射条件.应用保角变换技术,得到了复势函数与应力场的封闭形式解,讨论了位错方位、双材料电弹常数及裂纹钝化程度对位错屏蔽效应和发射条件的影响.结果表明,Burgers矢量为正的螺型位错可以降低界面钝裂纹尖端的应力强度因子(屏蔽效应),屏蔽效应随位错方位角及位错与裂纹尖端距离的增大而减弱,压电双材料中螺型位错对裂纹的屏蔽效应强于相应弹性双材料中螺型位错对裂纹的屏蔽效应;位错发射所需的临界无穷远加载或电位移随位错方位角及裂纹钝化程度的增加而增大;最可能的位错发射角度为零度即位错最可能沿裂纹前方发射.论文解答的特殊情况与已有文献一致.     

界面下主微裂纹间干涉的研究

涉及两相正交各向异性体界面下裂纹间干涉问题的研究.多裂纹问题被分解为只含单裂纹的子问题,利用位错理论和裂面应力自由条件,列出一组可数值求解位错密度函数的奇异积分方程,从而求得应力强度因子.     

位错、裂纹与断裂

本文评述近些年来在位错、裂纹与断裂方面的研究进展.内容主要包括:①以屈服强度温度依赖性为例,讨论力学性能的结构敏感性,使其对位错芯结构与塑性之间的关系有一定的认识;②纯弹性断裂总是极少的,因之在加载应力作用下,裂纹顶端总是存在着或大或小的塑性区,存在着裂纹与位错的交互作用.这里以我们自己的工作为主,重点讨论裂端位错过程的研究结果.      

bcc-Fe刃型位错偶极子的动力学过程模拟

用分子动力学方法模拟了bcc单晶铁中滑移面为(011)晶面、柏氏矢量b-=±[100]的刃型位错偶极子吸引至湮灭的动力学过程.模拟结果显示:沿[100]晶向滑移的正刃型位错穿越Peierls势垒的方式为滑移面上方芯原子沿[111]晶向滑移,滑移面下方芯原子沿[111]晶向滑移;芯原子滑移方向分别偏转为[111]和[111]晶向,同时芯能量以格波形式释放.统计了位错运动速度和Peierls势垒随时间或两位错距离的变化.     

含界面效应纳米尺度圆环形涂层中螺型位错分析

研究了纳米尺度圆环形涂层(界面层)中螺型位错与圆形夹杂以及无限大基体材料的干涉效应.涂层与夹杂的界面和涂层与基体的界面均考虑界面应力效应.运用复势方法,获得了三个区域复势函数的解析解答.利用求得的应力场和Peach-Koehler公式,得到了作用在螺型位错上位错力的精确表达式.主要讨论了界面应力对涂层(界面层)中螺型位错运动和平衡稳定的影响规律.结果表明,界面应力对界面附近位错的运动有大的影响,由于界面应力的存在,可以改变涂层内位错与夹杂/基体干涉的引斥规律,并使位错在涂层内部产生三个稳定或非稳定的平衡点.考虑界面效应后,有一个额外的排斥力或吸引力作用在位错上,使原有的位错力增加或减小.     

含非完整界面涂层夹杂中螺型位错的弹性分析

研究了含非完整界面圆形涂层夹杂内部一个螺型位错在夹杂、涂层与无限大基体材料中产生的弹性场.运用复变函数函数方法,获得了三个区域复势函数的解析解答.利用求得的应力场和Peach-Koehler公式,得到了作用在螺型位错上位错力的精确表达式.主要讨论了两个非完整界面对位错力的影响规律.结果表明,涂层界面对夹杂内部螺型位错的吸引力随着界面粘结强度的弱化而变大.界面非完整程度增加削弱材料弹性失配对位错力的影响.在一定条件下,非完整界面可以改变夹杂内位错与涂层/基体系统之间的引斥干涉规律,并使位错在夹杂内部产生一个稳定或非稳定的平衡点.     

关于界面下裂纹对界面裂纹的屏蔽参数

讨论了界面下裂纹对界面裂干涉的合理屏蔽参数问题。对于一条在远场载荷作用下、受到附近界面下裂纹干涉的界面裂纹,采用伪力法计算不同长度单位时界面裂纹的G／G0、k1/k10和k11/k110以及K1／K10和K11／K110（G是能量释放率、k1 ik110是通常定义的应力强度因子、K10＋iK110是含标定长度的应力强度因子;G0、k10 ik110、K10＋iK110对应单一界面裂纹情况）。结果表明,G／G0、K1／K10和K11／K110是较为合理的描述界面下裂纹对界面裂纹屏蔽的参数。     

穿透夹杂界面的半无限楔形裂纹尖端螺型位错的发射研究

研究了穿透圆形夹杂界面的半无限楔形裂纹与裂纹尖端螺型位错的干涉问题.应用复变函数解析延拓技术与奇性主部分析方法,得到了位错位于半圆形夹杂内部时,半无限基体和半圆形夹杂内复势函数的解析解.然后利用保角映射技术得到了穿透圆形夹杂界面的半无限楔形裂纹尖端螺型位错产生的应力场以及作用在位错上的位错力的解析表达式.主要讨论了螺型位错对裂纹的屏蔽效应以及从楔形裂纹尖端发射位错的临界载荷条件.研究结果表明正的螺型位错可以削弱楔形裂纹尖端的应力强度因子,屏蔽裂纹的扩展,屏蔽效应随位错方位角的增大而减小.位错发射所需的无穷远临界应力随发射角的增加而增大,最可能的位错发射角度为零度,直线裂纹尖端位错的发射比楔形裂纹尖端位错的发射更容易,硬基体抑制位错的发射.     

基体裂纹与界面刚性线的弹性干涉

研究两种材料界面上的刚性线与其它任意位置处直线裂纹弹性干涉的反平面问题。基于界面上刚性线与任意位置处螺型位错干涉的基本解,运用连续位错密度模型法将问题转化为奇异积分方程。用半开型积分法求解奇异积分方程,得到位错密度函数的离散值,计算裂纹尖端处的应力强度因子。算例说明该方法可用于工程实际问题。     

二维位错裂纹的稳定性分析

在已有的一维穿透位错裂纹模型及能量计算的基础上，将其推广为二维椭圆盘状裂纹模型，并计算了其能量．根据能量平衡原理，给出了位错裂纹模型的裂纹平衡尺寸、裂纹扩展临界应力．并与不考虑位错影响的宏观断裂力学中Ⅰ型穿透裂纹的Ｇｒｉｆｉｔｈ解及椭圆盘裂纹的Ｇｒｉｆｉｔｈ解加以比较．给出的位错裂纹模型解在位错数目ｎ＝０时与宏观断裂力学解一致     

非对称Ⅲ型界面裂纹扩展的动态问题

通过复变函数论的方法,对非对称Ⅲ型界面裂纹扩展的动态问题进行了研究.采用自相似函数的方法可以轻易地将所论问题转化为Riemann-Hilbert问题,并求得了裂纹坐标原点分别受到变载荷Pt/z,Px3/t2作用下的解析解的一般表达式.通过Muskhelishvili方法可以相当简单地得到问题的闭合解.利用这些解并采用叠加原理.可以求得任意复杂问题的解.     

幂硬化弹塑性-刚性界面Ⅲ型定常扩展裂纹尖端的渐近场

对幂硬化弹塑性材料－刚性材料界面上裂纹以定常方式扩展的Ⅲ型问题进行弹塑性渐近分析，给出裂纹尖端的应力，应变和位移场解。通过数值计算，考察了不同Mach数以及裂纹尖端混合参数对场解的构造以及应力，应变分布的影响，为给出合理的断裂准则提供理论依据。