含复杂微缺陷脆性体损伤演化的守恒积分描述
  • 【摘要】

    一直以来,脆性材料都被广泛应用于土木工程和机械工程之中.而关于这些材料中分布的大量微缺陷及其在外载作用之下演化的过程,到目前为止,还没有出现一个令人信服的解释.另外,纳米材料在工业领域的巨大应用潜力使得对纳米尺度材料特性的研究越来越受到学者们的重视.鉴于纳米尺度的表面/界面的引入给纳米材料带来了完全不同与传统材料的机光电特性,对其进行进一步的研究显得很有必要.首先,本文将M-积分的概念拓展应用于描... 展开>>一直以来,脆性材料都被广泛应用于土木工程和机械工程之中.而关于这些材料中分布的大量微缺陷及其在外载作用之下演化的过程,到目前为止,还没有出现一个令人信服的解释.另外,纳米材料在工业领域的巨大应用潜力使得对纳米尺度材料特性的研究越来越受到学者们的重视.鉴于纳米尺度的表面/界面的引入给纳米材料带来了完全不同与传统材料的机光电特性,对其进行进一步的研究显得很有必要.首先,本文将M-积分的概念拓展应用于描述含复杂微小缺陷的脆性体的不可逆损伤演化--在单增载荷作用下裂纹、孔洞的聚合过程.主要研究了这一过程中M-积分的变化情况,并详细分析了微小裂纹(孔洞)之间构型和聚合路径的变化对M-积分的影响.分析结果表明M -积分在描述缺陷扩展和缺席演化过程中确实可以起到重要的作用,它准确反映了材料在外载作用下能量和构型的变化情况.但同时可以看到,裂纹(孔洞)聚合时临界M-积分是构型相关的,这说明M-积分在材料损伤演化过程中只能提供一些外变量的特性.这就意味着在材料的损伤演化过程中,其力学机理不能由单一参数Mc(临界M-积分)完整地表述.另外本文的研究发现,无论缺陷处于损伤演化过程中的哪一阶段,也无论缺陷构型如何,M-积分与材料有效弹模下降量之间都存在着简单的对应关系.更为重要的是M-积分与材料总势能下降量之间存在着固有的关系M=2U. 这将为M-积分的实验测量提供一种新的有效手段.其次,本文采用完整的Gurtin-Murcoch表面/界面模型研究了无限大弹性平面中多个纳米尺度圆形孔洞相互干涉的问题.详细讨论了两个以及多个纳米孔中M-积分随外载以及表面参数变化的情况,以及两纳米孔洞构型变化对M-积分的影响.分析结果表明:表面参数对M-积分有着不可忽视的影响;M-积分值随外载和表面参数的变化可以为正值也可以为负值;表面参数影响M-积分的主导因素是表面张力;中性载荷与表面张力之间呈近似的线性关系.另外,本文对上述多纳米孔洞问题进行了双态M-积分分析.分析结果表明双态M-积分中纯外载项和外载/表面效应耦合项之间的相对关系是多纳米孔洞问题中M-积分表现出来的所有异于宏观孔洞情况的根本原因.这些结论表明M-积分,作为一个宏观、微观量之间的桥梁,在纳米尺度问题中有着广阔的应用前景. 收起<<

  • 【作者】

    胡义锋 

  • 【学科专业】

    力学

  • 【授予学位】

    博士

  • 【授予单位】

    西安交通大学

  • 【导师姓名】

    陈宜亨

  • 【学位年度】

    2009

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    M-积分%干涉效应%纳米%Gurtin-Murdoch模型%双态积分