全片層TiAl基合金中離散位錯的力學(xué)行為研究.pdf

1、多層復(fù)合材料在現(xiàn)代諸多工程實踐和工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。他們的應(yīng)用領(lǐng)域涉及微電子，航空和機械工業(yè)等領(lǐng)域，具有很好的應(yīng)用前景。由于層間界面的存在使得層間應(yīng)力狀態(tài)變得極為復(fù)雜。一直以來，研究者對層間界面、層內(nèi)位錯以及它們的耦合效應(yīng)在解釋層狀材料的力學(xué)行為的重要作用給予了相當(dāng)多的關(guān)注。 層狀材料的宏觀力學(xué)行為取決于材料的微觀結(jié)構(gòu)和組分材料性質(zhì)，材料中某一尺度上的材料性能與相同成分的大尺度均勻材料力學(xué)行為不同，材料內(nèi)某一尺度上的力學(xué)行

2、為受到相鄰材料的影響和約束，且特性不再是均勻的。因此，需要采用跨越宏觀—細(xì)觀—微觀的多尺度方法對材料力學(xué)行為進行研究，本文著重在微觀尺度上對離散位錯的力學(xué)行為進行基礎(chǔ)理論研究。 非均勻材料的特點是具有從宏觀結(jié)構(gòu)到兩種以上材料細(xì)/微觀尺度的多層次耦合。由于層間界面的存在，使得含有離散位錯的層狀結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài)極為復(fù)雜，傳統(tǒng)的多層細(xì)觀模型通過均勻化方法對其微觀結(jié)構(gòu)進行處理，只能得到細(xì)觀單元的有效本構(gòu)關(guān)系，不能分析組成相的形貌、尺寸以及

3、物性對材料力學(xué)性能的影響。本文根據(jù)全片層TiAl合金的層狀微觀結(jié)構(gòu)特征，建立了含有離散位錯的層狀材料微觀力學(xué)模型。 為了從理論上研究層狀材料中界面、位錯以及它們的耦合效應(yīng)等力學(xué)行為，建立了應(yīng)力場修正方法，并且分析了層間厚度和材料錯配對存在于層狀材料體系中的位錯的力學(xué)行為的影響。各層間材料的彈性錯配改變了應(yīng)力場的狀態(tài)，而應(yīng)力場狀態(tài)強烈依賴于位錯在層間的位置。使用應(yīng)力場疊加方法將復(fù)雜的層狀材料體系中的界面問題分解為兩個簡單問題的疊加

4、。本文中同時采用Airy應(yīng)力函數(shù)和Muskhelisvili復(fù)變應(yīng)力函數(shù)方法，得出了存在于中間夾層中的位錯的平面應(yīng)變問題的解。為了得到層狀材料體系中單個位錯的應(yīng)力場的精確解，應(yīng)力場分解為兩個簡單問題的疊加：問題1：無限大彈性平面中位錯應(yīng)力場和位移場問題。問題2：為補償層間界面上應(yīng)力和位移不連續(xù)而作的應(yīng)力場和位移場的修正。最后使用應(yīng)力場疊加方法分析了位錯和界面的耦合效應(yīng)。在分析中發(fā)現(xiàn)，界面對位錯受力具有顯著影響，材料錯配對位錯受力具有放大