具有界面扩散和滑移效应的纳米裂纹和层合板的研究

发布时间：2020-05-13 07:41

【摘要】：本文研究了具有界面扩散和滑移效应的纳米裂纹的相关问题,并将其中的计算方法运用至具有界面扩散和滑移效应的层合板相关问题研究中。这里研究纳米尺度下的相关力学问题,界面扩散和滑移造成材料内部局部瞬时应力集中、应力松弛等,对材料的强韧性、硬度和疲劳性能等具有重要的影响。我们将引入经典的Gurtin-Murdoch表面理论,本文的计算方法为将边界值问题转化为Cauchy奇异积分微分方程,利用Green公式求解出瞬态解,并且该方程可以通过Chebyshev多项式和配点法进一步改为状态空间方程。状态空间方程通过对本征模的严格分析来解决。本文逐一分析了由于界面滑移效应或界面扩散和滑移共同效应造成裂纹表面以及层合板表面的瞬态应力场及其演变过程。其一,研究了具有表面效应的率相关桥联Ⅲ型裂纹。由于表面存在滑移效应,使得裂纹表面存在粘度,利用状态空间方程法研究裂纹表面弹性场的瞬态问题。通过对状态空间方程的特征值、特征向量和特征函数的求解分析,我们得到裂纹表面桥联力,裂纹开口位移和裂纹尖端奇异性强度的数值结果以及演变过程。其二,研究了具有表面效应的薄膜层在基底上的时变晶界滑移效应。由于晶界滑移效应使纳米薄膜中形成楔形裂纹。引入表面弹性,应力场在滑移楔尖处呈现出较弱的对数奇异性。通过对其状态空间方程的特征值以及特征函数的求解分析,我们得到系统中沿晶界的瞬时切应力、楔体张开位移和楔形尖端对数奇点强度的详细数值结果以及演变过程。其三,研究了具有界面扩散和滑移效应的双层弹性层在圆柱弯曲过程中的瞬时变形问题。通过分类为有限厚度的双层结构以及薄膜-基底系统,得出具有界面扩散和滑移效应下材料、几何和界面参数对系统响应松弛时间的影响,以及对弹性层或薄膜-基底系统中不断变化的位移和应力的影响。同时,提出用状态空间法求解简支多层弹性层在高温机械载荷作用下的瞬态弹性场,得到具体的数值结果以及演变过程。
【图文】：

图２．１当＆＝１时系统前２０个特征值的情况逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｖａｒｉａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｆｉｒｓｔ邋２０邋ｅｉｇｅｎｖａｌｕｅｓ邋ａｓ邋ａ邋ｆｕｎｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｎ邋ｗｉｔｈ邋Ｓｅ邋＝邋＼．逡逑图２．１表示为当兄＝１时，系统前２０个特征值的情况。从公式（２－３５）中，特征值代逡逑表系统松弛时间，与系统变化速率成反比。从图１中可知，当时，特征值明显低逡逑于次。提出前５个特征值的具体数值：４＝０．５４３８，毛＝０．１５７５，邋４＝０．０７５２，又４邋＝０．０４４０，逡逑２５＝０．０２８９。与第一特征值比较，第二特征值表示的系统松弛速率为其３．４５倍，，第三特逡逑征值为其７．２３倍，第四特征值超过其１２倍，第五特征值代表的系统松弛速率超过其２０逡逑

图２．２前三大系统特征值随参数＆的变化情况逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｔｈｅ邋ｖａｒｉａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｆｉｒｓｔ邋ｔｈｒｅｅ邋ｅｉｇｅｎｖａｌｕｅｓ邋ａｓ邋ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋Ｓｅ．逡逑表面力体现为无量纲参数从图２．２中可看出，前三大的特征值都随着参数的增逡逑大即表面力的增大而下降，由此我们可得出系统响应随着表面力的增大而加快。需要指逡逑出的是，当表面力不存在即参数为０时，特征值可求得逡逑４邋＝１．７２２３，七＝０．７２２４，八＝０．４６０５。当结合对应的模态方程NB00邋＝邋ｘ／ａ／ｉ邋－邋ｘ２理论方法逡逑可以算得４邋？ｔｔ／２邋＝邋１．５７０８，该情况下相对误差控制在９％以内。逡逑ＦＴ７！逡逑？ｊ邋NB邋Ｉ逦ｉ逦ｗ逡逑－１逦－０．５逦０逦０．５逦１逦－１逦－０．５邋０邋０．５逦１逡逑ｘ逦ｘ逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑＿W逡逑－１逦－０．５逦０逦０．５逦１逦－１逦－０．５邋０邋０．５逦１逡逑Ｘ逦Ｘ逡逑（Ｃ）逦（ｄ）逡逑图２．３当足＝１时前四模态下的标准化位错密度曲线：逡逑
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 吕南;刘国明;;矿用宾汉姆流体管输滑移效应研究发展[J];山东煤炭科技;2017年02期

2 卫原平;李俊海;曾良才;;汽车电动滑移门系统开发关键技术研究[J];汽车工程学报;2012年03期

3 冯民权;张丽;张晓斌;;复杂流体壁面滑移特性研究及其测量[J];西安建筑科技大学学报(自然科学版);2011年02期

4 钱临照,何寿安;铝单晶体滑移的电子榦微镜颧察(一)[J];物理学报;1955年03期

5 钱临照,何寿安;铝单晶体滑移的电子显微镜颧察(二)[J];物理学报;1955年03期

6 钱临照,何寿安,杨大宇;铝单晶体滑移的电子显微镜观察(三)[J];物理学报;1956年06期

7 罗珊;王武康;张恒旺;;柜类家具防震设计中滑移运动数值模拟研究[J];林产工业;2016年12期

8 王龙庭;于美华;徐兴平;张棣;张辛;;自升式钻井平台悬臂梁滑移方案探究[J];石油矿场机械;2014年07期

9 谢翠丽;陈康民;;水煤浆管流的表观滑移流动研究[J];上海理工大学学报;2008年02期

10 王阎昭;沈正康;;慢滑移及相关脉动和慢地震研究的历史和现状[J];中国地震;2007年01期

相关会议论文 前10条

1 楼永林;;滑移减震建筑试点推广的经验[A];现代砌体结构——2000年全国砌体结构学术会议论文集[C];2000年

2 李战华;郑旭;;关于液固界面滑移长度测量的讨论[A];第七届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2012年

3 孙晓颖;沈世钊;;薄膜结构考虑滑移问题的分析[A];第十届空间结构学术会议论文集[C];2002年

4 廖健敏;王清敏;丰定国;姚谦峰;;基础滑移隔震房屋动力特性的试验研究[A];第三届全国结构工程学术会议论文集（下）[C];1994年

5 高鹏;黄嵋;;附壁纳米气泡引起的流动滑移[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

6 黄伟东;陈海波;王朋;高康;;螺栓滑移过程的数值模拟[A];第21届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2012年

7 吴承伟;钱令希;钟万勰;;固液界面滑移问题的参变量变分法[A];第五届全国摩擦学学术会议论文集（下册）[C];1992年

8 吴杏弟;;大跨度管桁架结构累积滑移法安装关键技术及应用[A];中国建筑学会建筑施工分会、中国工程机械工业协会施工机械化分会2014年会论文集[C];2014年

9 陈永生;朱海峰;揭晓余;;钢结构高空累积滑移技术应用[A];第二届全国钢结构施工技术交流会论文集[C];2008年

10 丁磊;;滑移条件下的环形管流和等边三角形管流[A];江苏省计量测试学术论文集（2014）[C];2014年

相关重要报纸文章 前10条

1 王文;光明机器推出多功能滑移推砂机[N];中国船舶报;2011年

2 记者 郭月昌　通讯员 边富良 陈海永;五金“滑移”“滑”出新空间[N];绍兴日报;2009年

3 盖爽　李扬;国博千吨“钢楼板”滑移成功[N];建筑时报;2009年

4 陈爽;苏州火车站首榀钢桁架滑移成功[N];建筑时报;2009年

5 广东建设报记者 黄穗诚 通讯员 柯梅丽;综合馆用钢破万吨 花都馆施工借滑移[N];广东建设报;2010年

6 记者 陈淦璋;“轨索滑移法”技术属世界首创[N];湖南日报;2011年

7 赛纳尔;巨拱成形 滑移就位[N];建筑时报;2007年

8 郑慧;大连船务FPDSO船体成功滑移下水[N];中国船舶报;2008年

9 记者 晁国荣;“建设机器人”奥运场馆显身手[N];中国冶金报;2006年

10 通讯员 许可时　李婉凝 王璐;钢屋盖滑移奏响新乐章[N];中华建筑报;2012年

相关博士学位论文 前10条

1 栗心明;高压弹流油膜界面滑移特性研究[D];青岛理工大学;2012年

2 任峰;轮式滑移转向车辆动态功率流分析与试验研究[D];吉林大学;2015年

3 张石波;考虑滑移效应的钢—混凝土组合梁桥力学行为研究[D];华南理工大学;2012年

4 杨琴;微纳尺度气流的速度滑移及流动特性研究[D];上海大学;2015年

5 俞锋;索滑移分析的计算理论及其在索杆梁膜结构的应用研究[D];浙江大学;2015年

6 邓茂林;视倾向滑移型滑坡形成条件与失稳机理研究[D];成都理工大学;2014年

7 朱恂;速度滑移及温度跳跃区微尺度通道内的流动与换热[D];重庆大学;2002年

8 王蕾;固壁有速度滑移的微流控系统电动流动研究[D];华中科技大学;2012年

9 袁康;砂垫层—基础滑移复合隔震村镇建筑抗震性能研究[D];重庆大学;2017年

10 吕文龙;部分柱顶滑移钢筋混凝土框剪结构[D];华南理工大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 王翠英;具有界面扩散和滑移效应的纳米裂纹和层合板的研究[D];华东理工大学;2018年

2 王国斌;微尺度下油膜缝隙流动中的壁面滑移特性研究[D];北京工业大学;2011年

3 邹杨;滑移对钢—砼组合梁力学行为的影响研究[D];重庆交通大学;2013年

4 张伟;大型结构物滑移装船过程仿真研究[D];天津大学;2006年

5 赵丹;具有海洋抗污性能的滑移表面涂层的构建与性能研究[D];哈尔滨工程大学;2017年

6 彭志翔;大型结构物滑移装船调载的技术研究[D];天津大学;2012年

7 周延兴;大型结构物滑移装船监控系统及实验研究[D];天津大学;2006年

8 刘嘉乐;大跨度钢网架滑移法施工方案的对比研究[D];河南大学;2017年

9 付建委;汽车滑移门运动过程装配偏差建模与工艺优化设计[D];上海交通大学;2011年

10 张志龙;大型结构物滑移装船过程优化技术研究[D];天津大学;2007年

本文编号：2661624