56 / 2021-03-30 12:41:56

微结构随机性对珍珠母强度和断裂的影响

珍珠母,随机性,拉剪链模型,内聚力,断裂

微观结构随机性是大多数工程材料的内禀属性之一。裂纹往往在较弱的部位萌生，进而影响材料的宏观强度。珍珠母具有典型的“砖-泥”微结构，经典的拉剪链（Tension–shear–chain）模型常常假设珍珠母的微结构和材料属性是均匀分布的，材料随机性和拉剪链载荷传递机制的相互作用尚不明确。本研究发展了随机拉剪链模型，考察珍珠母界面内聚力参数随机性（如界面强度、界面刚度等）对材料断裂过程和宏观强度的影响。结果发现，珍珠母的强度和断裂对微观随机性均呈现不敏感特性。一方面，珍珠母的宏观强度分布的随机性弱于微观界面强度分布；另一方面，珍珠母微结构能够抑制较弱界面的应变集中，使裂纹在独立于弱界面的位置萌生。进一步发现，拉剪链载荷传递机制与最弱环节效应（Weakest-link effect）形成竞争关系，使珍珠母对微观结构随机性呈现较高的抵抗力。本研究深化了对珍珠母宏观性质—断裂过程—微观结构关系的认识，为设计高性能、高缺陷鲁棒性的仿生珍珠母材料提供了理论支持。