位錯(cuò)與復(fù)合材料增強(qiáng)相微結(jié)構(gòu)干涉機(jī)理研究.pdf

1、本文跨越微納米尺度較為系統(tǒng)地開(kāi)創(chuàng)性研究了復(fù)合材料中位錯(cuò)與含非連續(xù)界面缺陷典型夾雜的干涉效應(yīng)以及位錯(cuò)與納米尺度夾雜的干涉機(jī)理及其強(qiáng)韌化效應(yīng)。主要研究成果如下： 研究位錯(cuò)與含界面缺陷(界面裂紋和界面剛性線)夾雜的干涉效應(yīng)。包括刃型位錯(cuò)與含界面缺陷圓形夾雜的彈性干涉；螺型位錯(cuò)與含界面缺陷圓形夾雜的電磁彈干涉；螺型位錯(cuò)與含界面缺陷橢圓夾雜的彈性和電彈性干涉。導(dǎo)出了位錯(cuò)力的解析表達(dá)式，討論了界面缺陷的幾何參數(shù)，材料失配和夾雜形狀對(duì)位錯(cuò)平衡

2、位置的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，刃型位錯(cuò)在硬夾雜和裂紋附近有一個(gè)非穩(wěn)定平衡點(diǎn)，在軟夾雜和剛性線附近有一個(gè)穩(wěn)定平衡點(diǎn)。界面缺陷的幾何尺寸存在一個(gè)臨界值改變?nèi)行臀诲e(cuò)和夾雜之間的引斥干涉規(guī)律。壓電磁介質(zhì)中由于力電磁耦合效應(yīng)，軟夾雜亦可以排斥基體中的位錯(cuò)。夾雜的電磁彈材料常數(shù)比相應(yīng)基體常數(shù)大(小)時(shí)，界面裂紋(界面剛性線)對(duì)位錯(cuò)力的影響較大。硬夾雜和裂紋組合時(shí)，橢圓曲率存在一個(gè)臨界值改變螺型位錯(cuò)上像力的方向。當(dāng)位錯(cuò)靠近界面時(shí)，取不同的橢圓曲率，位錯(cuò)在

3、夾雜附近平衡點(diǎn)的位置和特性會(huì)發(fā)生劇烈的變化。 研究螺型位錯(cuò)與含界面層和界面缺陷圓形夾雜的干涉效應(yīng)。包括螺型位錯(cuò)與含界面層夾雜的電彈干涉；螺型位錯(cuò)與含界面缺陷涂層夾雜的彈性和電彈干涉。導(dǎo)出了位錯(cuò)力的精確表達(dá)式。揭示了界面層參數(shù)(厚度和材料常數(shù))和界面缺陷幾何參數(shù)對(duì)位錯(cuò)平衡點(diǎn)的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，界面層可以屏蔽夾雜對(duì)基體位錯(cuò)的干涉；界面層可以改變夾雜和基體中位錯(cuò)的平衡位置和特性。當(dāng)夾雜和基體電彈性常數(shù)小于(大于)相應(yīng)界

4、面層常數(shù)時(shí)，界面層中的位錯(cuò)有一個(gè)非穩(wěn)定(穩(wěn)定)平衡點(diǎn)。硬涂層和裂紋的組合可以削弱涂層夾雜對(duì)位錯(cuò)的排斥效應(yīng)，且存在一個(gè)臨界裂紋角度改變位錯(cuò)力的引斥方向；軟涂層和剛性線的組合可以削弱涂層夾雜對(duì)位錯(cuò)的吸引效應(yīng)，也存在一個(gè)臨界角度改變位錯(cuò)力的引斥方向。裂紋和較硬涂層組合時(shí)，隨著涂層厚度增加，排斥力不斷增加，并存在一個(gè)臨界厚度值改變位錯(cuò)力的引斥方向；剛性線和較軟涂層組合時(shí)，隨著涂層厚度增加，吸引力不斷增加，也存在一個(gè)臨界厚度值改變位錯(cuò)力的引斥方向

5、。研究楔型向錯(cuò)偶極子與圓形彈性?shī)A雜或直線界面裂紋的干涉效應(yīng)。導(dǎo)出了作用在向錯(cuò)偶極子中心的力以及裂尖應(yīng)力強(qiáng)度因子。討論了材料失配和裂紋長(zhǎng)度對(duì)偶極子平衡位置的影響以及向錯(cuò)偶極子對(duì)裂尖應(yīng)力場(chǎng)的屏蔽和反屏蔽效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，在一定材料組合下，偶極子在夾雜附近有一個(gè)穩(wěn)定平衡點(diǎn)。兩種材料的彈性模量比存在一個(gè)臨界值改變作用在偶極子中心像力的引斥方向。向錯(cuò)偶極子對(duì)裂尖應(yīng)力場(chǎng)有強(qiáng)烈的屏蔽或反屏蔽效應(yīng)，并且隨其所在相材料硬化而變大。 研究位錯(cuò)(螺型和

6、刃型位錯(cuò))與納米尺度夾雜的干涉效應(yīng)，包括首次運(yùn)用界面應(yīng)力模型研究位錯(cuò)與納米尺度夾雜的干涉及其強(qiáng)化效應(yīng)；位錯(cuò)在納米尺寸夾雜中平衡穩(wěn)定性問(wèn)題。導(dǎo)出了位錯(cuò)力以及干涉效應(yīng)對(duì)材料臨界切應(yīng)力貢獻(xiàn)的解析表達(dá)式。給出了位錯(cuò)在納米夾雜中穩(wěn)定存在的夾雜臨界半徑。研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)考慮界面效應(yīng)后，納米尺度軟夾雜(硬夾雜)可以排斥(吸引)基體中位錯(cuò)。在夾雜含量不變時(shí)，考慮一定的界面應(yīng)力條件，納米夾雜半徑存在一個(gè)最優(yōu)值使位錯(cuò)與夾雜干涉對(duì)納米復(fù)合材料臨界切應(yīng)力的貢獻(xiàn)達(dá)

7、最大值；在夾雜尺寸不變時(shí)，也存在一個(gè)臨界夾雜含量使干涉對(duì)材料臨界切應(yīng)力的貢獻(xiàn)最大。若夾雜半徑不變，存在一個(gè)臨界基體彈性切模量改變位錯(cuò)在夾雜中的穩(wěn)定性；界面應(yīng)力不僅能改變螺型位錯(cuò)在納米夾雜中的穩(wěn)定性，而且能改變夾雜臨界半徑的大小。 研究了螺型位錯(cuò)與考慮界面效應(yīng)涂層納米夾雜干涉以及螺型位錯(cuò)與多個(gè)納米夾雜的干涉問(wèn)題，得到了位錯(cuò)力的相應(yīng)解析表達(dá)式。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)位錯(cuò)靠近涂層納米夾雜時(shí)，界面應(yīng)力的大小和方向，強(qiáng)烈影響位錯(cuò)的平衡位置，且涂層越