成果名称 ---【 材料的多尺度力学行为和尺度效应 】

基本信息
所属机构
中国科学院力学研究所
主题词
尺度效应;塑性应变梯度;缺陷交互作用
研究起止时间
1998.01 至2001.12
成果公报内容
固体力学的跨世纪发展形成了材料宏微观力学的前沿领域,研究对象从均匀介质拓广为非均匀介质,研究层次从宏观深入到细观与微观,造成了细观力学蓬勃发展与纳观力学的形成。固体力学与材料科学交缘与结合,大大推动了宏微观力学的发展。在宏微观力学发展中,尺度效应和跨尺度关联成学科发展的主线,微观结构群体的演化成为重要特征。 本项目建立了不含高阶应力的塑性应变梯度理论,引入了独立的角位移,提出了新的硬化规律,建立了一种既考虑转动梯度又考虑拉伸梯度的新的不含高阶应力的应变梯度理论。该理论的主要特征是:转动梯度对材料性能的影响通过应力与偶应力的相互作用来反映,而拉伸梯度的影响通过引入新的硬化规律来刻划。拉伸梯度仅作为一个内变量影响材料的切线模量,因此不需要任何高阶应力。利用该理论解析分析了细铜丝扭转及微薄梁弯曲,理论结果与实验相吻合。结合有限元方法分析了微压痕问题,成功地揭示了微米压痕硬度随着压入深度的减少明显升高的尺度效应。进一步分析了裂纹尖端的应力场,发现新理论在裂尖亚微米尺度内应力水平高出经典塑性理论给出的2倍以上,从而成功地解释了让断裂力学界困惑的难题:经典理论预示的韧性材料中的尖裂纹顶端附近的应力场明显低于原子键分离所需要的应力水平。 本项目还建立了细观结构群体(椭球夹杂,微空洞,微裂纹)交互作用分析的新方法,这种方法的特点是精确统一,能成功预示颗粒开裂,微裂扩展,联结形成主裂纹直致最终破坏全过程。


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