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第1章 裂端位错发射和断裂位错理论1

1.1 前言1

1.2 裂端位错行为的实验观察2

1.2.1 裂端位错发射2

1.2.2 纳米裂纹形核和演化4

1.2.3 裂纹尖端原子像5

1.3 裂端位错发射理论分析8

1.3.1 早期Rice-Thomson理论8

1.3.2 基于Peierls框架的理论模型10

1.3.3 位错发射理论分析13

1.4 断裂位错理论19

1.4.1 考虑位错发射影响的断裂准则19

1.4.2 准脆性断裂的位错理论23

1.4.3 考虑非线性效应的断裂位错理论31

1.5 裂端位错行为的分子动力学模拟36

1.5.1 计算方法37

1.5.2 裂纹尖端位错发射39

1.5.3 位错发射的不稳定堆垛能41

1.5.4 温度对裂尖位错发射的影响42

1.5.5 裂纹方位与晶体滑移几何对位错发射的影响44

1.5.6 位错列与晶界之间的作用45

1.5.7 三重嵌套模型48

1.5.8 关联参照模型51

参考文献58

第2章 脆性材料的微裂纹扩展区损伤模型62

2.1 脆性材料拉伸的微裂纹扩展区模型62

2.1.1 单个张开币状微裂纹引起的柔度张量62

2.1.2 三轴拉伸情况下的微裂纹扩展区64

2.1.3 复杂加载下微裂纹扩展区的演化65

2.1.4 脆性损伤材料的本构关系66

2.1.5 准脆性材料本构关系的四个阶段及细观损伤机制67

2.1.6 三维拉伸情况下的软化分析68

2.1.7 单向拉伸的算例70

2.2 脆性材料压缩的微裂纹扩展区模型72

2.2.1 微裂纹的闭合和摩擦滑移73

2.2.2 闭合微裂纹的自相似扩展及微裂纹扩展区75

2.2.3 复杂加载条件下微裂纹扩展区的演化及柔度张量的计算76

2.2.4 微裂纹的弯折扩展77

2.2.5 单个弯折扩展微裂纹引起的非弹性柔度张量78

2.2.6 微裂纹弯折扩展的稳定性分析81

2.2.7 有效柔度张量的计算83

2.2.8 算例83

2.2.9 小结85

2.3 结束语85

参考文献86

3.1 损伤演化和损伤局部化的规律88

3.1.1 细观演化实验与方法88

第3章 变形与损伤的局部化理论88

3.1.2 非均匀损伤变形场的演化理论95

3.2 疲劳短裂纹群体损伤及其局部化104

3.2.1 疲劳短裂纹萌生与发展的演化特征104

3.2.2 裂纹数密度与恒方程的理论和计算结果106

3.2.3 短裂纹演化行为的计算机模拟108

3.2.4 裂纹群体损伤演化特征分析111

3.2.5 疲劳短裂纹群体演化的损伤矩分析116

3.3 变形局部化形成与微结构演化118

3.3.1 低碳钢119

3.3.2 钛合金122

3.3.3 Al-Li合金124

3.3.4 SiCp颗粒增强Al-基复合材料127

3.4 变形局部化的计算模拟与相变局部化128

3.4.1 多晶体材料塑性变形局部化的数值模拟128

3.4.2 相变引起的变形局部化与材料失稳现象研究130

参考文献132

第4章 面心立方晶体疲劳损伤的取向和晶界效应135

4.1 双滑移和多滑移取向单晶体的循环形变137

4.1.1 循环应力应变响应和初始循环硬化138

4.1.2 循环应力应变曲线的晶体取向效应141

4.1.3 铜单晶体在循环形变中形成的形变带143

4.1.4 位错结构特征及其与晶体取向关系148

4.2 疲劳损伤的晶界效应152

4.2.1 双晶体的循环形变特征152

4.2.2 驻留滑移带与晶界的交互作用及晶界领域的位错结构156

4.2.3 疲劳裂纹沿晶界的萌生160

4.2.4 铜三晶体的循环形变与疲劳损伤163

4.3 晶体形变的晶体微观力学和有限元分析164

4.3.1 晶体潜在硬化的指向行为165

4.3.2 垂直晶界双晶中的应变和分解切应力167

4.3.3 铜三晶体主滑移系分解切应力的有限元分析168

4.3.4 铜复晶体主滑移系分解切应力的有限元分析170

4.4 结语和进一步的工作171

参考文献172

第5章 材料与薄膜结构的强韧化力学原理175

5.1 引言--强韧材料与中国的技术进步175

5.1.1 强韧材料构成中国技术起飞的骨架175

5.1.2 材料强韧化的潜力与范例176

5.1.3 强韧化的新型薄膜结构与高新技术的发展177

5.1.4 材料强韧化与宏微观断裂力学177

5.2 材料强韧化的3个层次178

5.2.1 裂尖场结构178

5.2.2 宏观层次：断裂的能量消耗179

5.2.3 细观层次：断裂过程区与断裂路径180

5.2.4 微观层次：分离前的原子运动混沌181

5.3 强韧化过程的力学计算181

5.3.1 宏细观平均化计算181

5.3.3 强度的统计计算182

5.3.2 层状结构的细观模拟计算182

5.3.4 宏细微观三层嵌套模型183

5.4 典型强韧化机制的力学原理184

5.4.1 裂尖屏蔽184

5.4.2 裂尖形貌控制186

5.4.3 尾区耗能控制186

5.4.4 裂纹面桥联187

5.4.5 裂纹扩展路径控制188

5.5 强韧化薄膜189

5.5.1 β-C3N4超硬薄膜的制备189

5.5.2 薄膜的界面强度测试190

5.5.3 约束薄膜的断裂韧性191

5.6 结束语191

参考文献192

6.1.1 断裂和环境断裂196

6.1 断裂的物理基础196

第6章 环境断裂196

6.1.2 位错发射和无位错区198

6.1.3 微裂纹形核的位错理论200

6.1.4 韧脆判据202

6.2 氢致断裂204

6.2.1 氢在金属中的行为204

6.2.2 氢促进局部塑性变形207

6.2.3 氢脆210

6.2.4 氢致开裂机理214

6.3 应力腐蚀219

6.3.1 应力腐蚀基础219

6.3.2 氢在阳极溶解型应力腐蚀中的作用223

6.3.3 腐蚀促进局部塑性变形224

6.3.4 阳极溶解型SCC机理227

参考文献231