位错与纳米尺度夹杂非奇异性干涉研究

金属基纳米复合材料具有重大的实用价值，位错与第二相夹杂的干涉机理对于研究此类材料的强度和塑性变形具有重要的理论意义和科学价值。已有关于位错与纳米尺度夹杂干涉方面的研究大多带有应力源奇异性，这样做往往会导致短程干涉结果不甚合理。本项目致力于建立能更加准确表征纳米尺度夹杂界面效应和尺度效应的界面模型；以解析函数方法和偏微分方程为基础，探索和发展基于应变梯度理论的位错与纳米尺度夹杂非奇异干涉效应的求解方法；求出位错与纳米尺度夹杂相互干涉的非奇异性应力场、应变能、干涉能、位错力、位错线能和线张力等，获得它们与微结构参量之间的定量关系；提炼反映此类干涉效应本质特征的最少参数，揭示位错与纳米尺度增强相交互作用的微观机理，研究和探讨此类材料的强化机理以及可能的破坏失效机理；并针对理论研究的结果展开初步的实验研究。

研究了弹性椭圆夹杂中钝裂纹附近螺型位错的屏蔽效应与发射条件。应用Muskhelishvili复变函数方法，得到了相应解答。求解了应力强度因子和位错发射的临界应力强度因子。结果表明，正螺型位错能够减小裂纹尖端的应力强度因子，随着剪切模量的增加，屏蔽效应增强，但是随着螺型位错方位角的增加而减小。.研究了纳米尺度圆环形涂层( 界面层) 中螺型位错与圆形夹杂以及无限大基体材料的干涉效应. 涂层与夹杂的界面和涂层与基体的界面均考虑界面应力效应. 运用复势方法, 获得了三个区域复势函数的解析解答. 利用求得的应力场和Peach-Koehler公式, 得到了作用在螺型位错上位错力的精确表达式. 主要讨论了界面应力对涂层( 界面层) 中螺型位错运动和平衡稳定的影响规律. 结果表明, 界面应力对界面附近位错的运动有大的影响, 由于界面应力的存在, 可以改变涂层内位错与夹杂/ 基体干涉的引斥规律, 并使位错在涂层内部产生三个稳定或非稳定的平衡点. 考虑界面效应后, 有一个额外的排斥力或吸引力作用在位错上, 使原有的位错力增加或减小..利用复变函数方法研究了刃型位错在含界面效应纳米尺寸夹杂中的稳定性问题。求解了作用在位错上的像力的精确表达式，给出了位错在纳米夹杂中稳定存在的夹杂临界半径条件。并且讨论了夹杂尺寸和界面效应等因素对夹杂临界半径的影响。研究表明：如果夹杂的半径保持不变，存在一个临界相对剪切模量或临界基体材料泊松比改变位错在夹杂中的稳定性。同时，临界夹杂半径随着基体材料的软化而增加。另外，界面应力不仅能改变位错在纳米夹杂中的稳定特性，而且能改变夹杂临界半径的大小。.研究了考虑界面效应的三相模型中螺型位错与圆形夹杂的弹性干涉问题，运用复变函数方法，采用求解复杂多连通域边值问题的有效方法，利用界面应力模型研究了螺型位错与圆形夹杂的干涉机理。计算了作用在螺型位错上的位错力、干涉应变能的解析表达式，分析了含界面应力的圆形夹杂对位错运动和平衡位置影响规律。考虑界面效应时，将产生附加排斥力或者吸引力作用在夹杂内的螺型位错上，使得位错力增大或减小。与相同条件下经典解不同，当位错靠近界面时可以被硬（软）基体吸引（排斥）。