【摘 要】
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材料的理论强度一般定义为材料内不存在任何缺陷时的强度,而实际材料由于缺陷或裂纹的存在,承载能力远小于材料的理论强度.微纳尺度的结构不存在大尺度缺陷,很少可能发生脆性
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材料的理论强度一般定义为材料内不存在任何缺陷时的强度,而实际材料由于缺陷或裂纹的存在,承载能力远小于材料的理论强度.微纳尺度的结构不存在大尺度缺陷,很少可能发生脆性断裂,以此微结构形成宏观多级材料,极可能体现出高强度特性,自然界一类生物材料则具有如此特点.基于生物材料的微纳米低级结构,本文建立了含中心裂纹的黏弹性条带受拉伸载荷作用的理论模型,分析黏弹性生物材料强度的鲁棒性.分别利用黏弹性断裂力学的Griffith模型与Dugdale模型,讨论了粘弹性条带不是由于中心裂纹扩展而发生破坏所需要满足的条件,给出了条带强度鲁棒性所需临界条带宽度与加载率关系的解析表达.结果发现:黏弹性条带存在一个临界宽度,断裂强度达到理论强度;随加载率的增大,该临界尺寸增大;弹性材料的解则属于黏弹性问题的极限情况.本文结果为进一步探讨生物材料强度鲁棒性提供了必要的理论基础,亦为超强多级材料的设计提供新概念.
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