【摘 要】
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多场耦合材料作为一种先进功能材料具有良好的多场耦合特性,非常敏感于外部环境,如力场、电场、磁场和温度场等,广泛应用于各种工程结构中.随着其广泛应用,也给材料工作者和力学分析提出了许多关于多场耦合材料的研究问题.多场耦合材料固有的脆性,使得它们在制作、加工和使用的过程中不可避免地会产生各种缺陷,如孔洞、裂纹和位错等,这些缺陷对材料的安全性能产生了极大的影响.位错与材料微结构的相互作用对于材料的力学性
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多场耦合材料作为一种先进功能材料具有良好的多场耦合特性,非常敏感于外部环境,如力场、电场、磁场和温度场等,广泛应用于各种工程结构中.随着其广泛应用,也给材料工作者和力学分析提出了许多关于多场耦合材料的研究问题.多场耦合材料固有的脆性,使得它们在制作、加工和使用的过程中不可避免地会产生各种缺陷,如孔洞、裂纹和位错等,这些缺陷对材料的安全性能产生了极大的影响.位错与材料微结构的相互作用对于材料的力学性能和物理性能等具有重要影响,所以多场耦合材料中多缺陷的相互作用已成为研究热点之一.本文研究了磁电弹性复合材料、准晶、准晶压电材料中不同形状裂纹与多条位错之间的相互作用,为材料在工程技术领域中的应用提供了理论参考.首先,基于磁电弹性材料的基本方程和解析函数理论,利用著名的Muskhelishvili的复变方法,结合叠加原理,得到了多条平行螺型位错与半无限裂纹相互作用的广义应力场的封闭解.此外,给出了平行螺型位错之间相互作用的Peach-Koehler公式.通过数值算例探究了当位错等距分布于实轴时位错个数对能量释放率的影响及相互作用的广义应力场.其次,将这一研究方法应用于研究准晶材料中有限长直裂纹与多条螺型位错的相互作用的问题,得到了广义应力强度因子和作用在位错上的像力.通过数值算例讨论了由于位错和裂纹的存在,镜像力随位错位置的变化,探究了位错的位置和分布对广义应力场的影响.最后,基于准晶压电材料的基本方程,考虑了受远场载荷作用下楔形裂纹与多条螺型位错相互作用的反平面问题,同时考虑了位错芯受线力和线电荷.通过数值算例说明了楔形角、位错位置、位错分布和位错个数等对场强度因子、能量释放率和位错力的影响.
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