全片層TiAl基合金中離散位錯的力學行為研究.pdf

1、多層復合材料在現代諸多工程實踐和工業(yè)領域中得到了廣泛應用。他們的應用領域涉及微電子，航空和機械工業(yè)等領域，具有很好的應用前景。由于層間界面的存在使得層間應力狀態(tài)變得極為復雜。一直以來，研究者對層間界面、層內位錯以及它們的耦合效應在解釋層狀材料的力學行為的重要作用給予了相當多的關注。 層狀材料的宏觀力學行為取決于材料的微觀結構和組分材料性質，材料中某一尺度上的材料性能與相同成分的大尺度均勻材料力學行為不同，材料內某一尺度上的力學行

2、為受到相鄰材料的影響和約束，且特性不再是均勻的。因此，需要采用跨越宏觀—細觀—微觀的多尺度方法對材料力學行為進行研究，本文著重在微觀尺度上對離散位錯的力學行為進行基礎理論研究。 非均勻材料的特點是具有從宏觀結構到兩種以上材料細/微觀尺度的多層次耦合。由于層間界面的存在，使得含有離散位錯的層狀結構的力學狀態(tài)極為復雜，傳統(tǒng)的多層細觀模型通過均勻化方法對其微觀結構進行處理，只能得到細觀單元的有效本構關系，不能分析組成相的形貌、尺寸以及

3、物性對材料力學性能的影響。本文根據全片層TiAl合金的層狀微觀結構特征，建立了含有離散位錯的層狀材料微觀力學模型。 為了從理論上研究層狀材料中界面、位錯以及它們的耦合效應等力學行為，建立了應力場修正方法，并且分析了層間厚度和材料錯配對存在于層狀材料體系中的位錯的力學行為的影響。各層間材料的彈性錯配改變了應力場的狀態(tài)，而應力場狀態(tài)強烈依賴于位錯在層間的位置。使用應力場疊加方法將復雜的層狀材料體系中的界面問題分解為兩個簡單問題的疊加

4、。本文中同時采用Airy應力函數和Muskhelisvili復變應力函數方法，得出了存在于中間夾層中的位錯的平面應變問題的解。為了得到層狀材料體系中單個位錯的應力場的精確解，應力場分解為兩個簡單問題的疊加：問題1：無限大彈性平面中位錯應力場和位移場問題。問題2：為補償層間界面上應力和位移不連續(xù)而作的應力場和位移場的修正。最后使用應力場疊加方法分析了位錯和界面的耦合效應。在分析中發(fā)現，界面對位錯受力具有顯著影響，材料錯配對位錯受力具有放大