螺型位错和含缺陷非理想界面夹杂的干涉问题

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1、第1章绪论在《辞海》中，材料被定义为“经过人类劳动取得的劳动对象”。材料是能为人类经济地制造有用器件的物质。材料的发展标志着社会生产力的发展水平和人类文明进步的程度。每一种新材料的出现和制造技术的进步都在不同程度上促进了生产力的发展。同时，材料的发展又为进步生产力发展的要求所推动。并受制于当时的生产力发展水平。复合材料的历史一般可以分为两个阶段，即早期复合材料和现代复合材料。现代复合材料是材料历史中合成材料时期的产物。它的发展只有60多年历史，主要特征是基体采用合成材料。玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂，开辟了现代复合材料的新纪元。复合材料的主要特点是性能可设计性和材料与

2、构件成型的～致性。复合材料所期望的复合效果是原材料(即组分材料)的性能互补，并产生叠加效果。而复合材料的性能取决于组分材料的种类、性能、含量和分布，因此，可以通过改变材料的组分，结构、工艺方法和工艺参数来调节材料的性能，就是材料性能的可设计性。显而易见，复合材料中所包含的诸多影响最终性能的、可调节的因素，赋予了复合材料的性能可设计性以极大的自由度。复合材料的种类繁多，应用广泛．不同增强体(玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、Kcvlar纤维等)和增强树脂(不饱和聚酯树脂、环氧、酚醛、聚苯硫醚等)组成聚合物基复合材料，其中，玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂用于制造体育用品，并广泛应用

3、于建筑、航空航天、化学工程等领域。碳纤维、玻璃纤维、硼纤维和Ke,，lar纤维增强聚合物用于制造军用直升机零部件和燃气动力汽车贮气瓶。以金属或金属间化合物作为基体的金属基复合材料具有高比强度，高比模量，高韧性及抗冲击性能等优点。如C{／～用作NASA空间望眼镜的大型天线支杆．W／Cu用作电触头和起发汗作用的火箭发动机喷管喉衬，正是利用了金属基复合材料的这些性能．而高性能陶瓷基复合材料可以应用于制作切削刀具(代替wC刀具)、热机部件、耐腐蚀部件、特殊的电子／电气部件、能量转换元件。伴随着复合材料的发展，人们开始研制新材料，一门新兴的力学学科一一复合材料力学逐渐形成。进

4、入20世纪60年代后，复合材料力学发展的步伐加快了。1964年罗森提出了确定单向纤维增强复合材料纵向压缩强度的方法。1966年惠特尼和赖利提出了确定复合材料弹性常数的独立模型法。1968年，经禁为仑和希尔的多年研究形成了蔡一希尔破坏准则；后于1971年又出现了张量形式的蔡一吴破坏准则。1970年琼斯研究了。般的多向层板，并得到简单的精确解；1972年惠特尼螺型位错与含缺陷非理想界面夹杂的干涉问题用双重傅里叶级数，求解了扭转耦合刚度对各向异性层板的挠度、屈曲载荷和振动的影响问题，用这种方法求解的位移既满足自然边界条件，又能很快收敛到精确解；同年，夏米斯、汉森和塞拉菲尼

5、研究了复合材料的抗冲击性能。另外，蔡为仑在单向层板非线性变形性能的分析方面，亚当斯在非弹性问题的细观力学理论方面，索哈佩里在复合材料粘弹性应力分析等都做了开创性的研究工作。近年来，随着力学与材料学科的交融发展，已将研究层次从宏观逐步深入到细观乃至微观尺度⋯。从细观力学产生至今已有的50多年历史里，已有了一些较为成熟的理论，但总体上还未能成为一个理想的体系。1。而随着现代高科技的迅猛发展，智能材料结构和器件广泛应用于信息技术、新材料技术和航天等高技术领域，并日益显示出其巨大的优越性，使得多场耦合下的学科交叉成为新的学科发展前沿之一。复合材料力学作为固体力学和材料科学的

6、交叉学科必将融汇多场耦合的作用。热、力、电、磁、声、光等耦合场作用下复合材料的变形、断裂、损伤破坏也成为复合材料宏微观力学研究的主要领域。在研究晶体材料的强韧化机理时，位错和夹杂的相互作用是一个非常重要的课题，这是因为位错移动的阻力在相当大的程度上受到夹杂的影响。夹杂和位错的干涉作用成为影响复合材料相关性能的一个重要因素，例如复合材料中基体裂纹的萌生、夹杂对断裂性能的影响等。在无外力和残余应力作用的情况下，这种作用主要来自两个方面：在夹杂和基体界面上原子排列的非共格性以及界面两侧材料弹性性质的连续性。在位锚不是非常靠近界面和夹杂尺寸不是很大的情况下，上述弹性性质的不

7、连续就是这种相互作用的主要来源““5m儿川。夹杂和位错的干涉作用成为影响复合材料相关性能的一个重要因素，例如复合材料中基体裂纹的萌生、夹杂对断裂性能的影响等n“。鉴于研究位错和夹杂及界面的相互干涉作用对于材料的强化和韧化机理具有十分重要的实际意义。在过去的几十年中对位错和夹杂及界面的弹性干涉问题已经进行大量研究，并产生了一系列成果。Head“1首次研究了螺型位错和两个半空间界面的相互作用问题，分析了位错接近不同材料界面时位错力的变化，并提出了相应的位错力吸引和排斥准则。DundursandMura[7“”研究了刃型位错和一个圆柱形弹性夹杂的干涉作用，发现当夹杂与