基于微结构动态演化机制的单晶镍基高温合金晶体塑性本构及其有限元模拟

因其优异的高温力学性能,镍基单晶高温合金在航空航天和能源等领域得到了广泛的应用.镍基单晶高温合金优异的高温性能来源于其特有的两相微结构.基于代表体胞模型及分块均匀化方法,以位错密度为主要内变量,发展了一个包含两相微结构和位错演化信息的单晶镍基高温合金塑性行为的本构模型.该本构模型充分考虑了镍基单晶合金中位错在基体相和沉淀增强相中的多种演化机制,例如,基体位错八面体滑移、立方滑移、位错攀移、交滑移、位错弓出、位错切过沉淀增强相以及位错Kear-Wilsdolf(K-W)锁形成与解锁等.在商用有限元软件ABAQUS的框架下,编制了UMAT用户材料子程序.利用该用户子程序,对单晶和多晶镍基高温合金在不同温度、不同加载方向下的单调塑性、循环塑性、蠕变等典型行为进行了计算模拟.结果表明:该晶体塑性本构模型能"统一地"刻画镍基高温合金在不同温度、不同方向下的多种变形行为,并与实验结果具有良好的一致性.     

辐照准空位对金属玻璃增韧的影响

通过低能离子辐照,金属玻璃中会产生类似空位的微观结构缺陷,称为准空位。论文基于分子动力学模拟,研究了引入准空位的Cu50Zr50金属玻璃在单轴拉伸下的塑性变形行为,讨论了准空位的体积分数、分布区域对金属玻璃增韧效果的影响,探究了准空位在不同循环载荷作用下对金属玻璃的增韧效果。研究结果表明：引入准空位可以有效地增强金属玻璃的韧性;随准空位体积分数的增大,金属玻璃的变形模式发生了从脆性剪切破坏到均匀塑性变形的明显转变,使金属玻璃发生韧脆转变的临界准空位体积分数约为0．5％;准空位分布范围更广时,增韧效果更好;在循环载荷作用下,准空位的引入对金属玻璃韧性的提高仍然明显,当拉伸应变达到30％时,依旧能观察到非常均匀的塑性变形。对于一般的金属和合金,辐照引入的空位和间隙原子以及由此进一步演化形成的孔洞、析出相、位错环或层错四面体通常使得材料更加脆化。然而,对于金属玻璃而言,辐照形成的空位不易扩散和进一步演化,反而可能增加该材料的韧性。     

基体微尺度效应对弹塑性多孔洞材料本构势及孔洞长大的影响

基于尺度相关的应变梯度塑性SG理论，对含孔洞的球形体胞模型进行了解析分析，得到了在基体梯度塑性环境下球形孔洞的演化规律，给出了弹塑性孔洞材料的宏观屈服面方程．与现有的基于尺度无关塑性理论的Curson模型相比，该模型考虑了基体材料的特征长度l与孔洞半径α之比λ(λ＝l／α)对多孔材料宏观屈服面和孔洞演化规律的影响．当不计基体材料的塑性梯度效应和硬化效应时，该模型能退化到经典的Curson模型．     

辐照准空位对金属玻璃增韧的影响

通过低能离子辐照，金属玻璃中会产生类似空位的微观结构缺陷，称为准空位。论文基于分子动力学模拟，研究了引入准空位的Cu50Zr50金属玻璃在单轴拉伸下的塑性变形行为，讨论了准空位的体积分数、分布区域对金属玻璃增韧效果的影响，探究了准空位在不同循环载荷作用下对金属玻璃的增韧效果。研究结果表明：引入准空位可以有效地增强金属玻璃的韧性；随准空位体积分数的增大，金属玻璃的变形模式发生了从脆性剪切破坏到均匀塑性变形的明显转变，使金属玻璃发生韧脆转变的临界准空位体积分数约为0．5％；准空位分布范围更广时，增韧效果更好；在循环载荷作用下，准空位的引入对金属玻璃韧性的提高仍然明显，当拉伸应变达到30％时，依旧能观察到非常均匀的塑性变形。对于一般的金属和合金，辐照引入的空位和间隙原子以及由此进一步演化形成的孔洞、析出相、位错环或层错四面体通常使得材料更加脆化。然而，对于金属玻璃而言，辐照形成的空位不易扩散和进一步演化，反而可能增加该材料的韧性。     

《疲劳、损伤和断裂》专辑序言

<正>在航空、航天、航海、机械、新型能源、化工、材料、土木、交通和先进制造等领域，疲劳、损伤与断裂事关材料与结构的安全评价、可靠性分析和寿命预测，长期以来都是相关科技工作者关注的基础科学问题。随着我国科学技术的飞速发展以及系列重大工程的开展，疲劳、损伤与断裂的前沿和应用研究呈现出显著的时代性特征，产生了诸如复杂极端环境下、力-热-化多场耦合作用下、关键行业/重大工程相关，以及先进材料相关的疲劳、损伤和断裂新问题。