位錯與復(fù)合材料增強相微結(jié)構(gòu)干涉機理研究.pdf

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

2、位置的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，刃型位錯在硬夾雜和裂紋附近有一個非穩(wěn)定平衡點，在軟夾雜和剛性線附近有一個穩(wěn)定平衡點。界面缺陷的幾何尺寸存在一個臨界值改變?nèi)行臀诲e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。夾雜的電磁彈材料常數(shù)比相應(yīng)基體常數(shù)大(小)時，界面裂紋(界面剛性線)對位錯力的影響較大。硬夾雜和裂紋組合時，橢圓曲率存在一個臨界值改變螺型位錯上像力的方向。當(dāng)位錯靠近界面時，取不同的橢圓曲率，位錯在

3、夾雜附近平衡點的位置和特性會發(fā)生劇烈的變化。 研究螺型位錯與含界面層和界面缺陷圓形夾雜的干涉效應(yīng)。包括螺型位錯與含界面層夾雜的電彈干涉；螺型位錯與含界面缺陷涂層夾雜的彈性和電彈干涉。導(dǎo)出了位錯力的精確表達式。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)對位錯平衡點的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，界面層可以屏蔽夾雜對基體位錯的干涉；界面層可以改變夾雜和基體中位錯的平衡位置和特性。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，界面層中的位錯有一個非穩(wěn)定(穩(wěn)定)平衡點。硬涂層和裂紋的組合可以削弱涂層夾雜對位錯的排斥效應(yīng)，且存在一個臨界裂紋角度改變位錯力的引斥方向；軟涂層和剛性線的組合可以削弱涂層夾雜對位錯的吸引效應(yīng)，也存在一個臨界角度改變位錯力的引斥方向。裂紋和較硬涂層組合時，隨著涂層厚度增加，排斥力不斷增加，并存在一個臨界厚度值改變位錯力的引斥方向；剛性線和較軟涂層組合時，隨著涂層厚度增加，吸引力不斷增加，也存在一個臨界厚度值改變位錯力的引斥方向

5、。研究楔型向錯偶極子與圓形彈性夾雜或直線界面裂紋的干涉效應(yīng)。導(dǎo)出了作用在向錯偶極子中心的力以及裂尖應(yīng)力強度因子。討論了材料失配和裂紋長度對偶極子平衡位置的影響以及向錯偶極子對裂尖應(yīng)力場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穩(wěn)定平衡點。兩種材料的彈性模量比存在一個臨界值改變作用在偶極子中心像力的引斥方向。向錯偶極子對裂尖應(yīng)力場有強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(螺型和

6、刃型位錯)與納米尺度夾雜的干涉效應(yīng)，包括首次運用界面應(yīng)力模型研究位錯與納米尺度夾雜的干涉及其強化效應(yīng)；位錯在納米尺寸夾雜中平衡穩(wěn)定性問題。導(dǎo)出了位錯力以及干涉效應(yīng)對材料臨界切應(yīng)力貢獻的解析表達式。給出了位錯在納米夾雜中穩(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。在夾雜含量不變時，考慮一定的界面應(yīng)力條件，納米夾雜半徑存在一個最優(yōu)值使位錯與夾雜干涉對納米復(fù)合材料臨界切應(yīng)力的貢獻達

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