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一维六方准晶中椭圆孔口在斜拉伸与剪切作用下的力学行为解析

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代科技飞速发展的进程中，新型材料的研发与应用始终是推动各领域进步的关键要素。一维六方准晶材料，作为材料科学领域的重要成员，凭借其独特的准周期结构，展现出了一系列优异且特殊的性能，在众多前沿科技领域中崭露头角，吸引了科研人员的广泛关注与深入研究。

从材料的结构特性来看，一维六方准晶具有区别于传统晶体材料的长程取向有序但无平移周期性的结构。这种独特的原子排列方式赋予了材料许多新颖的物理和力学性能。在力学性能方面，一维六方准晶往往具备较高的硬度和强度，使其在承受外力作用时表现出良好的稳定性和抗变形能力。例如，在航空航天领域的飞行器制造中，对材料的强度和轻量化有着严苛的要求，一维六方准晶材料因其高强度特性，能够在保证结构强度的同时减轻部件重量，从而提高飞行器的性能和燃油效率。在电子信息领域，该材料的特殊电学性能也为其应用开辟了广阔的空间，如在新型电子器件的研发中，一维六方准晶有望成为构建高性能芯片或传感器的关键材料，以满足电子设备不断小型化和高性能化的发展趋势。

在材料的实际应用过程中，不可避免地会面临各种复杂的受力情况。椭圆孔口作为材料内部常见的几何缺陷形式之一，对材料的力学性能有着显著的影响。当一维六方准晶材料受到斜拉伸与剪切作用时，椭圆孔口周围的应力分布和变形行为变得极为复杂。研究这种复杂受力状态下椭圆孔口的力学行为，对于深入理解材料的失效机制、优化材料的设计和应用具有至关重要的意义。

在机械制造领域，许多关键零部件在工作时会承受斜拉伸与剪切的复合载荷。如果这些零部件由一维六方准晶材料制成且内部存在椭圆孔口缺陷，那么孔口周围的应力集中现象可能会导致材料过早发生疲劳裂纹扩展，进而引发零部件的失效，严重影响设备的正常运行和使用寿命。通过研究椭圆孔口在斜拉伸与剪切作用下的力学行为，能够准确预测材料在实际工况下的性能变化，为机械零部件的选材和结构优化设计提供科学依据，从而提高机械设备的可靠性和安全性。在建筑工程领域，使用一维六方准晶材料作为结构材料时，了解椭圆孔口对材料力学性能的影响，可以指导施工过程中的质量控制，避免因材料内部缺陷导致建筑结构的安全隐患。

研究一维六方准晶中受斜拉伸与剪切作用的椭圆孔口问题，不仅有助于深入挖掘材料的潜在性能，为其在更多领域的应用提供理论支持，而且对于提高材料的使用效率、保障工程结构的安全可靠性具有重要的现实意义，是推动材料科学与工程技术发展的重要研究方向。

1.2国内外研究现状

在材料科学与力学领域，一维六方准晶中椭圆孔口在斜拉伸与剪切作用下的力学行为一直是研究的热点问题，吸引了众多国内外学者从不同角度展开深入探究，形成了基于连续介质力学和基于离散点理论两大主要研究方向。

基于连续介质力学的研究方法，将材料视作无限可分割的连续介质，借助斯托克斯方程、纳维-斯托克斯方程以及弹性力学方程等经典力学方程来描述其力学特性。Zhao等学者在2016年提出了一种基于有效介质理论的椭圆孔口模型。该模型在内部运用了轴对称假设下的连续介质力学模型进行分析，通过严谨的数学推导和理论论证，揭示了由于六方准晶材料的非周期性，材料内部应力分布和应变分布都呈现出非对称性。这一发现打破了传统对材料应力应变分布的认知，为后续研究提供了全新的视角和理论基础。研究成果为理解六方准晶材料在复杂受力情况下的力学响应提供了关键依据，有助于在材料设计和工程应用中更好地考虑其非对称特性对性能的影响。

Wang等学者于2020年通过研究指出，当椭圆孔口受到纵向和弯曲荷载的共同作用时，其最大应力的出现位置并非如常规认知般在孔口中心，而是偏移到周边区域。这一结论与传统连续介质力学的分析结果存在差异，引发了学界对传统理论在描述复杂受力情况下椭圆孔口力学行为时适用性的深入思考。研究过程中，他们运用了先进的实验技术和数值模拟方法，对椭圆孔口在不同荷载组合下的应力分布进行了精确测量和模拟分析，从而得出这一具有重要理论和实践意义的结论。这一发现提醒工程师在设计和评估含有椭圆孔口的一维六方准晶结构时，需要特别关注孔口周边区域的应力集中情况，以确保结构的安全性和可靠性。

基于离散点理论的研究方法，则从微观层面出发，将材料假设为由原子或其他小分子组成的离散介质，充分考虑材料的离散性和不完美性。Zhao等学者在2016年通过构建一维六方准晶的晶格模型，利用数值模拟技术对孔口处的应变分布和应力分布进行了深入研究。他们通过精心设计模拟参数和边界条件，准确地模拟了孔口周边的晶格畸变情况，为从原子层面理解材料的力学行为提供了直观的图像和数据支持。研究结果表明，晶格畸变对材料的力学性能有着显著影响，进一步揭示了离散点理论在解释材