材料破坏机理研究中的几个奇异性问题

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bhf0520
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材料工艺过程中会产生如位错微裂纹等各类缺陷。近十几年来随着电子封装等技术的发展,尤其是在薄膜工艺过程中会产生类似裂纹的构型体,这类构型体往往发生在晶界扩散过程中作为释放内应力机制而存在。一方面,这类构型体有释放内部变形能作用;另一方面,这类构型体本身就是缺陷源,会诱发材料内部进一步发生不可逆变形。这些问题都要求对裂纹状缺陷源的奇异性特征与诱发材料内部破坏机理做深入的研究与认识。  本课题来源于压划痕试验中的标度律研究。首先基于攀移型位错扩散塞积形成的I型K应力场诱发微裂纹情形,分别在考虑材料内聚键力与不考虑内聚键力两种条件下,通过使用奇异积分方程理论、复变函数理论及积分变换方法,给出了微裂纹尖端的奇异指数并提供了初步计算方案。其次,针对裂纹状缺陷源与宏观裂纹诱发材料内部点缺陷扩展的情况,给出了点缺陷位错源启动准则,仔细研究了两类宏观缺陷诱发材料内部破坏的物理图象。  本文首先对于不考虑材料内聚力的情况,利用积分变换与留数定理,根据外加I型K场的数学结构,获得了微裂纹裂尖右端的奇异指数,结果表明裂尖奇异性是经典的平方根奇异性。  其次,对于不考虑材料内聚力的情况,利用留数定理与特殊函数,根据外加I型K场的数学结构,获得了微裂纹裂尖左端的奇异指数,结果表明裂尖左端奇异性并不是经典的平方根奇异性,而是呈现出一种平方根与对数复合的奇异性。相比于传统的奇异性,这类奇异性程度更高,使得传统的应力强度定义不再适用。  再次,对于考虑材料内聚力的情况,给出了初步的计算方案。并就左端非传统的奇异性给出了完整的奇异项表达式。在传统定义方式下,获得无穷大的应力强度。  最后,对于扩散缺陷源诱发点缺陷扩展的情况,给出了启动准则。作为比较,引入宏观裂纹尖端附近的点缺陷激发。数值结果与理论分析表明,由于裂尖吸收作用,扩散缺陷源更难激发点缺陷启动。  本课题的结论一方面基于缺陷源I型K场诱发微裂纹情况,仔细研究了微裂纹的奇异特征,给出了奇异性的数学结构;另一方面,给出了扩散缺陷源诱发点位错源启动的准则,作为比较,宏观裂纹诱发缺陷也在同一启动准则下得到了处理。通过处理这两大类问题,使得扩散缺陷源诱发材料内部破坏的机理在数学结构上得以明确,为进一步深入地研究材料破坏机理奠定基础。
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