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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