20~#钢不同晶粒度试件拉伸损伤试验的声发射特性研究

采用声发射技术,对四种不同晶粒度20~#钢试件的单轴拉伸过程进行监测,探究不同晶粒度对于金属材料损伤过程中声发射特性的影响。试验结果表明:声发射信号的幅值、能量和撞击计数等特征参数能够很好地描述材料不同晶粒度大小对材料拉伸过程中声发射特性的影响。细晶粒试件声发射信号数较少,强度较低,随着试件晶粒度的增大,声发射信号的强度和活性呈现明显增加的趋势。说明粗晶粒试件力学性能劣化严重,拉伸过程极易损伤,因此,试验结果也反映了金属材料微观损伤过程中声发射与材料内部的损伤演化密切相关。     

非均匀材料的应变软化及叠层复合材料破坏过程的数值模拟

用有限元方法模拟了非均匀叠层材料的固体力学行为和破坏过程,各层材料性质的初始非均匀性采用某一给定的统计规则描述.用三维网格对试件进行有限元剖分,每个单元具有各自的均匀各向同性常量以反映总体的非均匀性.加载过程中不同单元破坏次序不同,因而整体等效应力应变关系表现出复杂的非线性性.通过数值计算,在选定的具体条件下,模拟了在逐步加载过程中,叠层材料应力应变场的变化和不同单元依次破坏直至试件整体破坏的过程.算例中叠层材料由14~15层构成,使用的网格数约为几千个.用该方法得到的非线性等效应力应变曲线与文[11,12]中叙述的拉伸作用下应变超过某一值后,材料发生应变软化现象的试验数据符合较好,趋势相当一致,因此可以设想是对应变软化原因的一种解释.     

纳米多晶铜的超塑性变形机理的分子动力学探讨

在聚能装药爆炸压缩形成射流的过程中, 伴随着金属药型罩的晶粒细化, 从原始晶粒30-80 μm细化到亚微米甚至纳米量级, 从微观层面研究其细化机理和动态超塑性变形机理具有很重要的科学意义. 采用分子动力学方法模拟了不同晶粒尺寸下纳米多晶铜的单轴拉伸变形行为, 得到了不同晶粒尺寸下的应力-应变曲线, 同时计算了各应力-应变曲线所对应的平均流变应力. 研究发现平均流变应力最大值出现在晶粒尺寸为14.85 nm时. 通过原子构型显示, 给出了典型的位错运动过程和晶界运动过程, 并分析了在不同晶粒尺寸下纳米多晶铜的塑性变形机理. 研究表明: 当晶粒尺寸大于14.85 nm时, 纳米多晶铜的变形机理以位错运动为主; 当晶粒尺寸小于14.85 nm时, 变形机理以晶界运动为主, 变形机理的改变是纳米多晶铜出现软化现象即反常Hall-Petch关系的根本原因. 通过计算结果分析, 建立了晶粒合并和晶界转动相结合的理想变形机理模型, 为研究射流大变形现象提供微观变形机理参考.     

非晶Ti3Al合金的变形晶化机理的原子模拟

利用分子动力学方法研究了非晶Ti3Al合金拉伸过程中的晶化行为,模拟结果表明局部塑性变形导致非晶合金晶化.从微观结构演化的角度分析了拉伸过程中的晶化机理,局部剪切导致拉伸过程中晶粒发生成核与合并,最终生成的晶粒具有面心立方结构.晶核的生长过程伴随着应力强化现象,非晶相中的纳米晶粒能提高非晶合金材料的强度.     

非晶Ti3Al合金的变形晶化机理的原子模拟

利用分子动力学方法研究了非晶Ti₃Al合金拉伸过程中的晶化行为，模拟结果表明局部塑性变形导致非晶合金晶化.从微观结构演化的角度分析了拉伸过程中的晶化机理，局部剪切导致拉伸过程中晶粒发生成核与合并，最终生成的晶粒具有面心立方结构.晶核的生长过程伴随着应力强化现象，非晶相中的纳米晶粒能提高非晶合金材料的强度. 关键词： 非晶合金 变形晶化 分子动力学     

固溶处理对Al-Cu合金中Portevin-Le Chatelier效应空域行为的影响

研究了在定加载速率拉伸条件下，固溶处理对Al-Cu合金材料中PLC(Portevin-Le Chatelier)效应空域行为的影响.在较低拉伸速率时，变形初期PLC变形带在试件宽度方向中央附近某点处“成核”.随着变形的继续，出现多带共存的现象.且带宽较小，带与拉伸轴向的夹角较大.在较大拉伸速率条件下，PLC变形带先连续传播，再随机出现. 关键词： PLC效应 动态应变时效 固溶处理     

无机玻璃动态压缩破坏的离散元模拟

利用离散元软件PFC~(2D)(Particle Flow Code)建立了分离式霍普金森压杆(SHPB)系统,模拟了无机玻璃圆柱和圆盘试件在冲击压缩下的动态力学行为和失效破坏模式。结果表明:无机玻璃作为典型的脆性材料,其抗压强度具有明显的应变率效应,而杨氏模量则对应变率不敏感;无机玻璃圆柱的破坏过程受纵向压力、端面摩擦力以及横向惯性力的影响,初期微裂纹呈三角状分布,随着纵向应力水平的提高,出现明显的泊松效应,产生横向张应力,致使微裂纹沿纵向扩展,最终试件发生沿轴向的劈裂断裂;摩擦系数和泊松比对试件破坏模式及强度有一定影响。将建立的SHPB数值实验平台用于模拟无机玻璃巴西圆盘试验,揭示了圆盘发生中心开裂的拉伸特征及拉伸强度的应变率相关性。     

多晶体压剪试样静态加载有限元计算

基于晶体塑性理论研究了晶体织构对数值计算结果的影响,建立了带有织构的多晶体压剪试样(SCS)模型。从材料和试样结构两方面研究了静态加载条件下微观晶粒在有限变形过程中对试样宏观力学性能的影响。由于模型几何结构的特殊性,重点对模型斜槽部分的应力、应变及变形特点进行了分析。考虑到试样在压缩过程中受摩擦的影响,数值分析了不同摩擦系数对变形过程的影响,在此基础上计算了相同摩擦系数下不同晶粒数目、不同单元数目以及单元类型对多晶体压剪模型力学性能的影响,并对试件关键部位不同取向晶粒的应力状态进行了分析。     

铜-铝扩散焊及拉伸的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了铜-铝扩散焊过程，分析了理想平面铜-铝试件(001)晶面间扩散焊的过渡层厚度，并利用径向分布、键对分析方法分析了在不同的降温速率下过渡层的结构变化.降温速率大时，过渡层保持原有无序结构，降温速率小时，过渡层从无序结构向面心立方结构转变.还对扩散焊后的铜-铝试件进行了拉伸模拟，并与尺寸大小相近的单晶铜和单晶铝的拉伸模拟结果进行比较.结果发现焊接后的强度比单晶铝和单晶铜的强度都要小，最大应变值也小.     

高温应变下的晶界湮没机理的晶体相场法研究

应用晶体相场方法研究高温应变下的预熔化晶界位错湮没机理. 结果表明, 原预熔化晶界上的位错在应变作用下发生分离运动, 形成新晶界, 即亚晶界. 该过程的实质是生成了亚晶粒; 亚晶界的迁移过程的本质是亚晶粒长大、吞噬旧晶粒的过程; 亚晶界之间的湮没是亚晶粒完全吞噬旧晶粒过程的结束, 体系转变成为单个晶粒结构. 根据原子密度序参数沿x和y方向的投影值随应变量的变化特征, 可以揭示出高温应变作用下, 预熔化亚晶界相遇湮没的本质是两对极性相反的偶极子位错对发生二次湮没, 该湮没的微观过程是通过位错连续二次滑移湮没而实现的, 其湮没的速率较低温时的湮没速率要小许多.