《功能複合材料中微缺陷相互干涉機理研究》是余敏為項目負責人，中南林業科技大學為依託單位的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：功能複合材料中微缺陷相互干涉機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：余敏
- 依託單位：中南林業科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
複合材料在製造和使用過程中不可避免地會產生微缺陷，比如裂紋、孔洞、雜質等。這些微結構和微缺陷之間的相互干涉作用，對材料的巨觀力學性能有至關重要的影響，特別是材料裂紋尖端位錯的發射、塞積會嚴重影響材料的破壞行為。本項目以實驗觀測結果為基礎，旨在建立壓電/壓電磁等功能複合材料中廣義位錯與典型缺陷干涉的力學計算模型，運用彈性力學的復勢解法，採用解析延拓、保角變換以及級數展開等獲得模型的解析解，運用數值計算軟體進行分析從而獲得位錯與各典型缺陷相互作用的干涉規律，並對解析解加以驗證，從而總結和發現各種位錯構型和微結構參數對應力應變場、能量場、位錯像力、無位錯區、裂尖張開位移、位錯禁止效應、位錯發射條件、裂紋擴展臨界條件等的影響規律以及相互定量關聯，為複合材料的斷裂和增韌機理研究提供理論依據。
結題摘要
材料在製作和服役過程中會產生微裂紋、夾雜和位錯等缺陷，位錯從裂紋尖端的發射是材料脆韌轉化的關鍵，位錯和其它微缺陷之間的相互作用會嚴重地影響到材料的巨觀力學性能。因此，研究材料中位錯與各種形狀裂紋以及夾雜的相互作用規律，有助於了解裂紋尖端位錯對材料斷裂韌性的影響規律，同時也可以為複合材料的微觀結構設計及損傷斷裂破壞分析等提供科學依據。本項目基於實驗觀測結果，建立了複合材料中位錯與典型缺陷的力學模型，求解了所建立模型的精確解析解；運用MATHMATICA、ORIGIN 等數值軟體分析討論了各影響參數對位錯像力、應力強度因子、能量釋放率等物理量的影響規律，從而揭示複合材料細微觀斷裂和強化機理，具體如下：（1）建立了壓電磁螺型位錯與含共焦橢圓孔橢圓夾雜的磁電彈干涉模型、壓電螺型位錯偶極子與含界面效應納米夾雜的干涉模型、壓電雙材料中螺型位錯偶極子與半橢圓表面裂紋的電彈干涉效應模型。導出了廣義應力應變場、位錯像力、裂紋尖端的廣義應力強度因子、能量釋放率的解析表達式，並分析了位錯位置、夾雜和裂紋形狀對這些物理量的影響規律。算例結果表明：位錯受到的位錯力表現出與彈性材料不同的變化規律；增大電場或者減小外荷載都能抑制裂紋的持續擴展。（2）研究了納米複合材料中晶界滑移和遷移協同變形對界面共線直線裂紋尖端位錯發射的影響規律、納米欒晶和位錯堆積對半橢圓鈍裂紋尖端以及界面共線直線裂紋尖端位錯發射的影響規律。採用普遍認可的位錯發射準則，得到了位錯發射的臨界應力強度因子計算式。運用數值軟體分析並討論了納米晶粒尺寸、界面裂紋尺寸、位錯發射角、楔形向錯強度等對位錯發射的影響規律。分析表明：II型荷載比I型荷載更容易促進位錯發射；滑移阻礙位錯發射而遷移促進位錯發射；界面短裂紋更易發射位錯，界面長裂紋更易擴展。隨晶粒尺寸的增大，臨界應力強度因子隨晶粒尺寸的增大而減小，存在臨界晶粒尺寸使位錯最易發射。
