表面殘余應力對含I型裂紋納米材料的斷裂行為影響.pdf

1、隨著科學的發(fā)展和工業(yè)技術的進步,納米科學和技術的快速發(fā)展,納米材料的應用也在飛速增加。納米材料由于其優(yōu)良的綜合性能,特別是其性能的可設計性被廣泛應用于航空、航天、國防、交通、體育、石油鉆探等領域。然而,納米材料的斷裂往往不能忽視表面殘余應力對其影響,由于尺寸效應、量子效應和表面效應的影響,微納米尺度下的材料的力學特性和表面力等均發(fā)生變化。在表面殘余應力的作用下,材料往往會產生變形、裂紋,甚至斷裂。本文主要針對含I型裂紋的納米材料的斷裂問

2、題,研究其表面殘余應力對納米材料的力學行為。通過給出裂紋擴展位移,強度因子,以及能量釋放率與裂紋的長半軸的圖形分布,了解裂紋尖端場附近區(qū)域裂紋的擴展情況;并從理論上給出推導過程,進一步討論裂紋的擴展與裂紋的長度呈現的概率分布;并得到如下結果:
　　(1)提出表面殘余應力對含I型裂紋的各向同性納米材料受到無窮遠處載荷的二維應力場問題。利用本構方程得出裂紋尖端的解。并給出M1時裂紋變化情況,指出裂紋擴展位移、強度因子以及能量釋放率與C

3、1之間的關系并計算出精確解。
　　(2)討論了M1時的精確解很難計算出來,只能通過迭代的方法;得到近似解。從圖形分析上,可以看出隨裂紋半徑a的增加,0CO/、和0G/G都趨近于1。這意味著當裂紋半徑長度增大到一定值,表面應力對于裂紋變形和裂紋尖端應力強度因子以及能量釋放率的影響會變弱甚至沒有影響。當裂紋長度減小到納米級別時,表面應力的影響,對于裂紋擴展的影響更加顯著。表面殘余應力對于裂紋尖端的應力場的影響特別明顯。DCOD0K/K