非線性非均勻材料細(xì)觀力學(xué)-殘余應(yīng)力及表-界面效應(yīng).pdf

1、本論文在理論方面主要研究包含殘余應(yīng)力和表/界面效應(yīng)的非線性非均勻材料的宏觀力學(xué)性能。首先嚴(yán)格定義對(duì)應(yīng)材料狀態(tài)的三個(gè)構(gòu)型，即參考構(gòu)型、初始構(gòu)型和當(dāng)前構(gòu)型。在此基礎(chǔ)上給出包含殘余應(yīng)力的非均勻材料的通用的變分原理，包括最小勢(shì)能原理、最小余能原理以及擴(kuò)展的基于線性比較材料的PonteCastaneda變分原理。通過給出的變分原理可以得到材料性能的界限。給出了對(duì)應(yīng)得包含殘余應(yīng)力和表/界面效應(yīng)的非線性非均勻材料的場(chǎng)波動(dòng)方法。并且嚴(yán)格證明了擴(kuò)展后的P

2、onteCastaneda變分原理與場(chǎng)波動(dòng)方法完全等效。當(dāng)材料中沒有殘余應(yīng)力及表/界面效應(yīng)時(shí)，本文所給出的變分原理和場(chǎng)波動(dòng)方法完全退化為已有的理論。從而建立了包含殘余應(yīng)力和表/界面效應(yīng)的非線性非均勻材料的完整的細(xì)觀力學(xué)理論框架。
　　對(duì)于理論方法難于估計(jì)的非均勻材料詳細(xì)微觀變形機(jī)理，本論文發(fā)展了基于數(shù)值方法的細(xì)觀力學(xué)模型。對(duì)于夾雜均勻且各向同性分布的顆粒改性復(fù)合材料，擴(kuò)展和完善了內(nèi)嵌胞元模型，并應(yīng)用其研究界面相和界面脫粘對(duì)復(fù)合材料

3、宏觀彈塑性性能的影響。對(duì)于具有周期結(jié)構(gòu)的非均勻材料，給出了周期胞元的通用的周期邊界條件。從而得出材料各個(gè)方向的性能對(duì)材料性能進(jìn)行了完整分析。
　　應(yīng)用所發(fā)展的細(xì)觀力學(xué)方法研究了以下材料性能：
　　表面以及界面效應(yīng)對(duì)納米非均勻材料屈服和塑性性質(zhì)的影響。對(duì)于納米材料給出并完整證明了Hill條件。通過分析發(fā)現(xiàn)表面/界面應(yīng)力對(duì)材料的塑性變形具有拉壓不對(duì)稱影響。表/界面應(yīng)力會(huì)引起納米桿出現(xiàn)拉壓不對(duì)稱變形。納米材料的屈服面沿靜水應(yīng)力軸平

4、移。由于表/界面的存在，納米材料出現(xiàn)尺寸效應(yīng)。
　　孔內(nèi)氣壓對(duì)閉孔多孔材料宏觀塑性變形的影響。發(fā)現(xiàn)氣壓導(dǎo)致多孔材料具有拉壓不對(duì)稱變形特征。發(fā)現(xiàn)氣壓引起屈服面沿靜水應(yīng)力軸平移，且平移距離與氣壓相等。同時(shí)發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)含氣壓時(shí)，多孔材料受環(huán)境溫度影響明顯。甚至升高溫度導(dǎo)致材料直接失效。
　　研究了軟硬韌性界面相以及界面脫粘位置對(duì)顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料性能的影響。軟界面相降低材料性能。當(dāng)硬界面相存在時(shí)，界面脫粘對(duì)材料性能影響很大。