复合材料典型缺陷与螺型位错的弹性、粘弹性及运动干涉效应

• 作 者: 李博
• 机 构: 湖南大学
• 出 处: 湖南大学
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 复合材料 界面裂纹 界面刚性线夹杂 螺型位错 运动位错 粘弹性 压电效应 复变函数方法

复合材料中位错与夹杂及界面缺陷之间的干涉效应问题，是当前固体力学与材料科学研究领域的前沿热点课题。本文针对复合材料中典型界面缺陷与位错的弹性、粘弹性及运动干涉进行理论分析，分别研究了圆柱型各向异性材料中螺型位错与含界面裂纹或界面刚性线圆形夹杂的弹性干涉问题；复合材料中螺型位错与含界面裂纹或界面刚性线圆形弹性、压电夹杂的粘弹性干涉问题；双相材料中运动螺型位错与直线界面裂纹或刚性线的弹性干涉问题。
运用复变函数解析延拓原理，将上述问题转化为Riemann-Hilbert 边值问题，结合复应力函数奇性主部分析方法、广义Liouville 定理、Cauchy 型积分和Laplace积分变换法，获得了上述问题的一般解答。作为特例，求出了界面含一条裂纹或一条刚性线夹杂时基体和夹杂区域复势的封闭形式解；同时导出了界面裂纹和界面刚性线尖端应力强度因子的解析表达式；应用扰动技术，分别导出了相应位错力公式。获得了应力强度因子和位错力随材料相关参数、裂纹或刚性线长度以及位错速度的变化规律。
研究结果发现，复合材料中增强相界面裂纹和界面刚性线夹杂对螺型位错与夹杂的干涉作用具有强烈的扰动效应，当界面缺陷达到一定长度时，裂纹可以导致硬夹杂吸引位错，刚性线可以导致软夹杂排斥位错。在圆柱形各向异性材料中，材料的各向异性性质能改变位错对缺陷尖端奇异应力场的屏蔽和反屏蔽效应，并且对缺陷附近的位错吸引－排斥、偶极子旋转机制产生重大影响；在粘弹性材料中，随着时间的推移，软夹杂也可能排斥位错，位错力先是快速减小然后变幅趋于平缓，而夹杂的压电性质以及界面裂纹和界面刚性线对于位错力的影响也显著减弱，当界面缺陷趋于某一定长时，位错力将会改变方向；在复合材料中，位错运动速度能削弱缺陷尖端应力强度因子，并改变位错的平衡位置。
本文结果不仅可为相关复合材料的结构设计提供科学依据，而且可为进一步研究相关结构材料的强韧化机理提供基本解。本文的解答不仅可以作为Green 函数，获得相关问题的系列解答，而且作为本文特例包含了以往文献中的若干结果。