弹性体中纳米尺度缺陷的几个基本问题

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近年来应用Gurtin-Murdoch表面弹性模型研究考虑表面效应时纳米尺度缺陷问题的工作越来越多,但是在研究的过程中大多数都忽略了该模型对材料中缺陷几何尺寸的限制。本文以含纳米圆形孔无限大平面为模型,研究了无外载作用时含纳米尺度缺陷弹性体中缺陷的尺寸极限值以及远场载荷和表面效应共同作用下弹性体中应力的变化,主要内容分为以下三方面:  (1)本文基于完整的Gurtin-Murdoch表面弹性理论,以含单个圆形孔洞无限大平面为研究对象,求解了只有表面效应引起的弹性场问题。研究发现表面效应使得含纳米尺度孔洞的弹性材料中存在不容忽略的初始应力,并且初始应力的大小与孔洞的半径呈负相关。然后给出弹性范围内孔洞半径尺寸的极限值,并与Nix-Gao模型对比,说明了两种模型对表面效应的影响程度。  (2)由于孔间干涉效应的影响,含多孔无限大平面中孔边应力值不同于含单孔无限大平面中孔边的应力值。为了讨论影响干涉效应强弱的因素,我们选择了三种圆孔排列不同的无限大平面为研究对象。结果表明,不同排列形式下干涉效应的影响也不同,进一步研究得出多孔之间的干涉效应对表面效应影响的强弱与孔洞的排列形式没有太大的关系,主要与孔心距有一定的关系,并给出了孔边距与表面效应的关系。  (3)在考虑缺陷几何尺寸极限基础上,分析了远场载荷作用下,含多孔无限平面中孔的排列方式不同时弹性体中应力的变化情况。结果表明,在不同排列形式下应力的分布情况大致相同,但是应力的最大值会有所差别,并且由于多孔之间的干涉效应加强了表面效应的作用从而削弱了应力集中效应。
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