表面殘余應(yīng)力對含I型裂紋納米材料的斷裂行為影響.pdf

1、隨著科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)技術(shù)的進步,納米科學(xué)和技術(shù)的快速發(fā)展,納米材料的應(yīng)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(shè)計性被廣泛應(yīng)用于航空、航天、國防、交通、體育、石油鉆探等領(lǐng)域。然而,納米材料的斷裂往往不能忽視表面殘余應(yīng)力對其影響,由于尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)和表面效應(yīng)的影響,微納米尺度下的材料的力學(xué)特性和表面力等均發(fā)生變化。在表面殘余應(yīng)力的作用下,材料往往會產(chǎn)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(yīng)力對納米材料的力學(xué)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(dǎo)過程,進一步討論裂紋的擴展與裂紋的長度呈現(xiàn)的概率分布;并得到如下結(jié)果:
　　(1)提出表面殘余應(yīng)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(yīng)力場問題。利用本構(gòu)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(guān)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(dāng)裂紋半徑長度增大到一定值,表面應(yīng)力對于裂紋變形和裂紋尖端應(yīng)力強度因子以及能量釋放率的影響會變?nèi)跎踔翛]有影響。當(dāng)裂紋長度減小到納米級別時,表面應(yīng)力的影響,對于裂紋擴展的影響更加顯著。表面殘余應(yīng)力對于裂紋尖端的應(yīng)力場的影響特別明顯。DCOD0K/K