准晶材料相位子弹性与相位子动力学研究

Quasicrystals has the widespread application value and prospect because of its excellent mechanical properties and physical properties. At present,disputes on the mechanism of the phason elasticity and phason dynamics in quasicrystals still exist in the academy, which is unfavorable to mechanical property analysis and design instruction. This study includes two aspects of research:① Based on the new elastic theoretical model of quasicrydtals, the deformation and defects problems will be considered. The influence of the phason on the deformation and defects of the quasicrystals will be disclosed by comparing the theoretical and corresponding experimental results.② From the elasticity variational principle, the governing elastodynamic equation differential equations of the quasicrystal will be considered to unify the existing two model. The new model will apply to all circumstances. On these bases, the defect dynamic of quasicrystal will be discussed by adopting the new model.The comparison between the experimental and the theoretical results will be carry out,which are useful for the applications of the quasicrystals. This study will become an important and effective way to disclose the effects of the phason on the physical and mechanical behavior of quasicrystals.

准晶材料优良的物理和力学性能使其具有广阔的应用前景。目前，研究者对准晶相位子弹性和动力学机理仍存在争论，不利于准晶材料的力学性能分析和功能化设计。本项目主要围绕以下两个方面开展研究：①采用新的准晶弹性理论模型研究准晶材料的变形与缺陷问题，同时开展理论模型验证实验研究，将理论计算结果和实验结果进行对比，揭示相位子对准晶材料变形与断裂（静态）行为的影响。②基于变分原理，建立新理论模型，描述相位子对准晶弹性动力学行为的影响，使其适用于所有的波长，从而统一现有两种模型（波动模型和弹性流体动力学模型）。在此基础上，利用新模型研究准晶缺陷动力学，并与已有实验和分子动力学模拟结果比较，给出常用断裂判据，为准晶材料应用奠定理论基础。本项目的研究对于揭示相位子对准晶材料物理和力学行为的影响有重要意义。

准晶材料优良的物理和力学性能使其具有广阔的应用前景。准晶材料的动力学问题一直是研究的重点、难点。目前，在相位子动力学问题上存在着不同的观点。这两种模型以不同的方式考虑了相位子动力学，纯扩散和无衰减的波传播是有很大差别的。本项目提出了一个有效的新模型，使前述两种模型可以作为新模型的渐近情况。. 本项目主要开展了两个方面研究，提出了描述准晶弹性动力学行为的新理论模型，适用于所有的波长，统一了现有两种模型（波动模型和弹性流体动力学模型）。在此基础上，采用新的准晶弹性理论模型研究了准晶材料的变形与缺陷问题，初步揭示了相位子对准晶材料变形与断裂（静态）行为的影响。 . 主要研究结果为基于准晶材料相位子场动力学同时具有波传播和扩散特征的观点，利用算子矩阵、积分变换等方法研究了三维二十面体准晶、十次对称二维准晶中裂纹的动力学问题；十次对称准晶在随时间变化的载荷作用下裂纹的扩展问题；含 Griffith裂纹八次对称准晶在不同冲击载荷下的动态响应，得到了应力、 位移和应力强度因子的数值结果，讨论了不同冲击载荷对动力学行为的影响；八次对称二维准晶Ⅱ型单边裂纹的动力学问题，分析了相同载荷的不同加载时间、不同的加载位置以及不同的试样尺寸对裂纹尖端处声子场应力强度因子的影响；十次对称二维准晶材料的位错动力学问题，将 Stroh公式推广到了准晶材料动力学问题的研究中，给出了位移和应力一般解的表达式，讨论了位错移动速度、声子场和相位子场耦合弹性常R对声子场、相位子场位移和应力的影响。. 项目执行期间项目主持人荣获第十届内蒙古自治区青年科技奖（2015年）；内蒙古自治区自然科学奖二等奖（排名第二，2017年）；入选内蒙古自治区321人才工程一层次（2017年）。本项目的研究给出了一些常用断裂判据、初步揭示了相位子的本质，对准晶材料的功能化设计和应用有较重要的意义。