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材料的多尺度力学与强韧化设计

杨卫  黄克智  
【摘要】:材料的多尺度力学涉及到宏观、细观、纳观三个尺度。对断裂行为来说,宏观层次的研究探讨断裂中能量消耗的分割;细观层次的研究探讨断裂过程区的细观演化和断裂路径的细观几何特征;纳观层次的研究探讨断裂分离时原子运动特征。跨层次的结合中凸现出尺度效应。本文介绍了宏细观的应变梯度塑性模型、宏微观三层锻套模型、涨落型尺度效应、熵型尺度效应和多种长程力导致的尺度效应。同时概述了裂尖屏蔽、裂尖形貌控制、尾区耗能控制、裂纹面桥联、裂纹扩展路径控制5种强韧化机制的力学原理。在其指导下,可采用离面极化而显著地增韧铁电陶瓷,可利用超钝化的裂尖形貌使半晶高分子材料的动态断裂应变能提高十余倍;可诱发拖带损伤使聚碳酸脂的撕裂模量增加一个量级;可在常规微米晶粒的Al_2O_3陶瓷中添加5%~15%的SiC纳米相来使纳米陶瓷复合材料的断裂能达到基体材料的3.5倍。

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