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摘要
在外载荷作用下，材料的破坏与失效问题是一个涵盖从微观到宏观、从时间到空间等多个尺度相互耦合与关联的系统性科学问题。本研究以α-Ti材料为例，首先运用微观观测实验手段分析了α-Ti的显微组织结构和相结构，采用蒙特卡洛方法对微结构(晶粒大小、形状及分布)进行随机抽样处理，确定了其微结构的分布规律。通过与实验测得的材料强度做对比分析，并结合图像处理的方法获得微结构的定量化信息，探明了微结构对材料宏细观性能的影响，为微观尺度的分子动力学模型提供了可靠的基础。然后建立了三组包含复合微观缺陷的α-Ti拉伸微观计算模型，分别获得了界面层粘结力与其上下表面的相对位移之间的定量关系(T-S曲线)。由于T-S曲线中包含了与裂纹尖端演化相关的微观信息(如位错发射和运动、裂尖钝化、裂纹偏折、孔洞成核和长大、孪晶等),再将T-S曲线与曲线中关键转折点所对应的原子构型相结合，从原子尺度观察并解释了α-Ti材料中不同复合微观缺陷扩展的现象、规律和机理。最后，采用基于原子模拟的内聚力模型对单调拉伸条件下CT试件的裂纹扩展做多尺度分析，研究了不同微观缺陷对材料宏观断裂参数的影响程度。
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单位土木工程与建筑学院; 中国空气动力研究与发展中心; 西南科技大学
