微納米尺度多層材料的分層開(kāi)裂研究.pdf

1、近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)在相關(guān)材料領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究，在納米材料的制備和使用方面取得了很大的進(jìn)步，對(duì)納米材料的相關(guān)特性和結(jié)構(gòu)組成有了充分的了解。但是隨著材料的結(jié)構(gòu)尺寸的減小，即在微納米尺寸情況下，由于微納米材料的表面效應(yīng)，納米材料的表面積與體積的比值隨著結(jié)構(gòu)尺寸的減小而增大，這一特性使得材料的力、電學(xué)等相關(guān)性能在工作環(huán)境中發(fā)生巨大的變化。另一方面，在微納米材料中，微納米多層材料由許多不同性質(zhì)的單層材料復(fù)合而成，這類材料的產(chǎn)品會(huì)有更高的耐

2、熱溫度、更高的強(qiáng)度/重量比、更低的摩擦和損耗、更強(qiáng)的抗腐蝕性和斷裂韌度。由于其性質(zhì)的可設(shè)計(jì)性和功能的多樣性，微納米多層材料的研究也具有十分重要的意義。
　　本論文在Gurtin等人研究的基礎(chǔ)之上，采用了表面彈性模型分別研究了表面彈性對(duì)微納米單層、多層納米梁的分層裂紋的影響；表面效應(yīng)對(duì)大變形情況下納米梁分層開(kāi)裂的影響。得出大變形理論下納米梁的控制方程和邊界條件表達(dá)式，然后，利用伽遼金法最終獲得微納米材料多層梁位移試解函數(shù)的近似解。<

3、br>　　表面效應(yīng)包含兩部分內(nèi)容，即表面殘余應(yīng)力和表面彈性，之前Wang等人已經(jīng)通過(guò)表面殘余應(yīng)力的表征引入的表面效應(yīng)，對(duì)其力學(xué)性能的影響進(jìn)行了分析。本文主要通過(guò)表面彈性模型，進(jìn)一步分析微納米材料表面效應(yīng)隨梁尺度變化而對(duì)材料特性產(chǎn)生的影響。若納米梁試件的長(zhǎng)寬之比比較大時(shí)，表面彈性的影響幾乎可以忽略不計(jì)。同時(shí)，大變形情況下，表面彈性的影響相對(duì)于小變形情況的影響會(huì)更顯著。
　　微納米尺度多層材料的層合結(jié)構(gòu)的推廣和應(yīng)用為納米技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域

4、提供了廣闊的研究前景，同時(shí)，在多層材料的分層斷面更加容易出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。在研究表面效應(yīng)對(duì)多層材料分層開(kāi)裂影響時(shí)，我們主要針對(duì)多層材料的尺度大小、厚度之比等因素進(jìn)行分析。小變形情況下，隨著納米梁尺度的減小，表面效應(yīng)的影響逐漸增大；隨著斷面上下厚度之比的增加，表面效應(yīng)的影響逐漸減小。大變形情況下，當(dāng)外加載荷小于一定范圍時(shí)，隨著外加載荷的增大，表面效應(yīng)對(duì)納米梁影響迅速減??；當(dāng)外加載荷超過(guò)某一范圍，隨著外加載荷的增大，表面效應(yīng)的影響呈現(xiàn)緩慢增大的