纳晶材料与相应的传统粗晶材料相比具有较高的屈服强度和较好的耐磨性能,但其断裂韧性很低,限制了纳晶材料的应用。为了克服纳晶材料低断裂韧性的缺陷,人们提出了许多解决纳晶材料低断裂韧性的方法,其中最普遍有效的一种就是制备双峰结构,在这样的结构中纳晶晶粒提供高强度,而粗晶晶粒增加材料的断裂韧性,使纳晶材料在强度损失较小的情况下,韧性相对大幅提高,我们把这种双峰结构的纳晶材料称为纳晶双峰材料。为了解释纳晶双峰材料比相应纳晶材料具有更高断裂韧性的机理,本文在充分理解纳晶双峰材料变形机制的基础上建立了位错粘聚力模型,其目的是研究纳晶双峰材料的断裂韧性K BB IC BB;模型只考虑了一种特殊的情况,即裂纹尖端位于纳晶晶粒之间,与粗晶晶粒相交,粘聚力区长度被假设为纳晶晶粒尺寸d。裂纹的钝化和扩展由粘聚力和位错联合控制。位错从裂纹尖端发射到粗晶对面的晶界处并堆积,位错的发射过程对裂纹产生屏蔽效应,从而增加材料的断裂韧性。本文的研究不仅具有重要的科学价值,而且也为设计既具有高强度又具有高断裂韧性的纳晶材料提供了理论基础,推动了机械理论的发展和纳晶材料的工程应用。主要研究内容和结论总结如下:(1)在纳晶双峰材料的位错粘聚力模型中,从裂纹尖端发射的位错最大数量N随着粗晶晶粒尺寸D增大而增多,但最大发射位错数N的值相对很小且变化速率逐渐减小。N值相对很小且变化速率逐渐减小是因为随着粗晶晶粒尺寸D的增大,位错从裂纹尖端发射距离也会增大,施加在位错上的驱动力会越来越小,而且位错到达粗晶晶界后被阻止,使得后来发射的位错的滑动变得越来越困难。(2)在模型中,本文以铜为例分析了纳晶双峰材料裂纹尖端的断裂韧性与纳晶晶粒尺寸d及其与粗晶晶粒尺寸D的关系。分析结果显示:当纳晶晶粒尺寸d固定不变时,纳晶双峰材料的断裂韧性会随着粗晶晶粒尺寸D的增大而增大,而且这种变化是很明显的;当粗晶晶粒尺寸D固定不变时,纳晶双峰材料的断裂韧性也随着纳晶晶粒尺寸d的增大而增大,但增大的不明显。根据断裂韧性和两种晶粒尺寸之间的关系可知:纳晶双峰材料比相应纳晶材料具有更高的断裂韧性。