1、熱沖擊斷裂力學是斷裂力學的一個研究方向,它研究材料結構在熱沖擊荷載下的瞬態(tài)熱斷裂現象。由于熱沖擊斷裂在很多研究領域的重要性,它已經吸引了很多研究學者的關注。但是,熱沖擊斷裂力學在含橢圓形嵌入裂紋或半橢圓形表面裂紋的彈性材料、壓電圓柱材料、小尺度熱沖擊時間(如脈沖激光加熱)、小尺度材料結構(如納米材料)方面的研究還不夠深入,這幾個方面的研究對實際工程中脆性材料抗熱沖擊斷裂的設計有重要意義。本文主要研究內容和結論如下:
　　考慮一些彈

2、性材料有極好的熱學性質,被作為主要的商業(yè)可行的抗高溫應用材料(如:航空和航天工業(yè))。但是材料在加工和服役過程中容易產生缺陷,而且在實際應用中發(fā)現的大多數缺陷更接近橢圓形嵌入裂紋或半橢圓形表面裂紋。由于他們的實際意義,研究這些缺陷對材料熱沖擊行為的影響是重要的。本文基于最大應力準則和斷裂韌性準則研究含橢圓形嵌入裂紋或半橢圓形表面裂紋的半無限大體和有限厚板模型的熱沖擊阻力。通過權函數法的應力強度因子表達式,揭示裂紋尖端附近熱應力強度因子關于

3、熱沖擊時間和裂紋長度的變化情況?；跓釕姸纫蜃拥臄抵到Y果給出裂紋增長軌跡和熱沖擊阻力曲線。發(fā)現對于任何給定的初始裂紋長度和裂紋形狀因子,有較低斷裂韌性的材料更早地發(fā)生不穩(wěn)定的裂紋擴展,并且在熱沖擊荷載條件下裂紋存在抗增長行為。結合最大應力準則和斷裂韌性準則得到便于在工程材料設計中使用的最小熱沖擊阻力表達式。
　　近些年來,壓電材料在高溫中的應用迅速增長(如:航空宇宙,核電站和核空間,海上和海下結構,土木工程結構),一些耐高溫壓

4、電材料具有脆性,在高溫熱沖擊環(huán)境中,由于其內部力-電-熱耦合效應易發(fā)生斷裂。因此,為了了解高溫壓電材料耐久性和可靠性問題,較好地理解壓電材料在高溫熱沖擊下的斷裂行為是必要的。本文研究含一個硬幣型中心裂紋的有限壓電圓柱結構的熱沖擊阻力,求解了兩個邊界值問題,其一是經典的傅里葉熱傳導問題,另一個是裂紋尖端附近的熱應力強度因子和電位移強度因子問題。通過解奇異積分方程研究裂紋問題,得到一個充分小裂紋尖端附近的熱應力強度因子和電位移強度因子?；?/p>

5、最大應力準則和斷裂韌性準則給出壓電圓柱的熱沖擊阻力。為了便于實際工程應用,給出最小熱沖擊阻力表達式。
　　經典傅里葉熱傳導定律假設材料內部的熱傳遞過程是速度無限的擴散行為,為準平衡假設。但是,當涉及熱沖擊時間小尺度情況下,即強瞬態(tài)導熱(如脈沖激光實驗),準平衡假設已不再適用。非傅里葉熱傳導定律更適用于時間小尺度熱傳導情況。本文研究一個含表面直裂紋半無限大體模型的非傅里葉熱傳導理論熱沖擊斷裂問題。通過溫度場的解析解表達式求解熱應力場

6、。熱應力強度因子通過一個數值積分表達式得到,給出熱應力、熱應力強度因子關于熱沖擊時間、深度和裂紋長度變化的數值結果?；诖?通過比較非傅里葉熱傳導和傅里葉熱傳導的結果分析了裂紋擴展行為。研究結果表明對于任何給定的初始裂紋長度和介質的斷裂韌性,非傅里葉熱傳導模型比傅里葉熱傳導模型裂紋早發(fā)生不穩(wěn)定擴展。這個現象說明了在計算材料熱沖擊斷裂時,考慮非傅里葉熱傳導模型的意義。
　　微/納米尺度結構材料具有杰出的物理、化學、力學和電學性質,已

7、有相當多的注意集中在這些先進材料的力學性質研究上。本文應用非局部彈性理論研究含一個表面直裂紋的半無限大介質和有限厚板的納米尺度材料在熱沖擊荷載條件下的熱斷裂問題。建立熱彈性連續(xù)介質的溫度-應力非局部彈性理論的本構關系。得到基于非局部微分彈性理論的熱應力解析解。熱應力強度因子解通過一個無限積分表達式給出。詳細討論了熱沖擊時間、裂紋長度、非局部參數對熱應力強度因子的影響。數值結果表明非局部參數對熱應力強度因子的影響較大,熱應力強度因子隨非局