采用压痕实验获得材料性能的研究现状

本文综述了采用压痕实验获得膜基体系中薄膜弹性，塑性，蠕变性能的研究进展，并指出了目前研究中存在和需要解决的问题。  

正交各向异性韧性材料应力-应变关系

采用大变形弹塑性有限元方法分析了各向同性和正交各向异性韧性材料光滑圆棒拉伸试件的颈缩问题．首先给出了采用计算机模拟确定各向同性韧性材料真实应力-应变曲线的具体方法；对正交各向异性韧性材料的分析表明，颈缩截面呈椭圆形，其长短轴方向的等效塑性应变基本上均匀分布，与Bridgman假设一致；轴向拉伸载荷-位移曲线与其它两方向的各向异性参数关系不大．在此基础上，建议了一种确定正交各向异性韧性材料真实应力-应变曲线的方法．  

DETERMINATION OF CREEP PARAMETERS FROM INDENTATION CREEP EXPERIMENTS

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣｒｅｅｐｉｓｔｈｅｔｉｍｅｄｅｐｅｎｄｅｎｔｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｗｈｉｃｈｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙａｓｔｒｏｎｇｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏｆｔｈｅｃｒｅｅｐｒａｔｅｆｒｏｍｓｔｒｅｓｓσｏｎｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＴ .Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｃｒｅｅｐｒａｔｅ εｄｅｐｅｎｄｓｏｎｓｔｒｅｓｓσａｓ ε=Ｃｃ·σｎＣ, ( 1 )ｗｈｅｒｅＣｃｉｓａｃｏｎｓｔａｎｔ,ｎＣｉｓｔｈｅｃｒｅｅｐｓｔｒｅｓｓｅｘｐｏｎｅｎｔ.Ｔｈ…  

蠕变压痕实验的计算机模拟

采用有限元的方法对双相材料的蠕变压痕实验进行了数值模拟，在有限元数值解的基础上，定义了相应于传统单轴蠕变实验的“等效应力”和“等效应变”，建立了蠕变压痕实验同传统单轴蠕变实验之间的关系，给出了确定薄膜蠕变应力指数和蠕变常数的方法；同时数值解的结果表明，实验中通过控制压痕深度不超过薄膜厚度的 ５％～１０％，忽略基体的硬化指数对确定薄膜性能的影响存在一定的误差，但基体的弹性模量对确定薄膜的蠕变性能影响不大。  

一种镍基双晶材料疲劳裂纹扩展效应

对晶界平行裂纹和晶界垂直裂纹的双晶体进行三点弯曲疲劳实验，研究了双晶材料的疲劳裂纹扩展规律，测定了双晶的疲劳扩展速率，揭示了晶界对晶粒疲劳裂纹扩展的屏蔽效应：当裂纹距晶界某一特定长度时，裂纹扩展速率最快；而裂纹顶端交于晶界时，裂纹扩展速率最侵．进一步的晶体滑移有限元数值分析揭示了这种屏蔽效应的机理：晶界附近不协调的塑性变形，导致了裂纹尖端应力场的重新分布．  

金属韧性断裂的细观研究

对三点弯曲试件裂尖及断裂过程分别用 Prandtl-Reuss本构、Gurson本构方程作了大变形弹塑性有限元分析 ,并比较了二者的结果。对裂尖应力分布 ,应变分布和裂尖处空穴演化作了初步研究。计算模拟结果表明裂尖空穴化区域是一个很小量级的区域 ,采用 Gurson本构方程来研究裂尖“过程区”比采用 Prandtl-Reuss本构方程分析“过程区”来的合理 ,更接近材料实际断裂过程。  

单晶高温合金中铸造微孔洞的扩长

基于有限变形晶体塑性本构关系及轴对称体胞模型,采用有限元的方法,分析了在不同取向偏角及不同滑移系开动,单晶高温合金中铸造微孔洞扩长的力学行为。分析结果表明:取向偏角对铸造微孔洞的扩长具有重要的意义,但对铸造微孔洞的形状改变影响不大,为改善单晶高温合金热端部件的疲劳、蠕变性能,控制晶体的取向偏角是很必要的;滑移系族开动的类型对铸造微孔洞的扩长有很大的影响,这种影响与Schmid因子、加载的取向相关,为更加准确地分析单晶高温热端部件的寿命,确定滑移系族开动类型至关重要。  

用能量法分析层状材料弹性接触问题

利用能量法分析了层状材料（薄膜／基体）弹性接触问题，得到了具有一阶精度的闭合解，给出了求解薄膜弹性模量和泊松比的表达式，并与有限元的数值解进行了比较。二者比较结果表明：在工程材料范围内，理论解与数值解相差在6％以内；同时表明单相材料中剪切模量与弹性模量之间的关系也适用层状材料中的薄膜材料。在数值解的基础上，讨论了薄膜厚度与压头半径的比值对求解精度的影响，发现此比值对精度影响不大。通过对层状材料等效泊松比与等效弹性模量的定义，给出了用压痕实验测定薄膜泊松比与弹性模量的方法。  

镍基双晶体晶界断裂特性研究

对单晶体以及晶界平行晶粒裂纹和晶界垂直晶粒裂纹的双晶体的断韧性进行了实验研究，设计了三种三点弯曲试件，得到了单晶体和晶界的断裂韧性值，在晶界垂直晶粒裂纹的双晶体试验中，揭示了晶界对晶粒断裂的屏蔽效应；当裂纹距晶界某一特定长度时，断裂韧性值最大，理论分析和晶体滑移有限元数值分析揭示了这种屏蔽效应的机理，双晶晶界处的变表相容性导致了理解纹尖端应国和场的重新分布，并由此产生了晶界屏蔽效应。  

单晶高温材料中铸造微孔洞的扩长

基于有限变形晶体塑性本构关系及三维体胞模型,采用有限元的方法,分析了在不同应力三维度、不同罗德参数、不同滑移系开动及不同加载取向下,单晶高温合金中铸造微孔洞扩长的力学行为。分析结果表明:累积剪切应变在铸造微孔洞的扩长中起着很重要的作用,大的累积剪切应变对应高含量的铸造微孔洞;开动滑移系族的类型对铸造微孔扩长的影响不容忽视,故准确的确定开动滑移系的类型,对于评估单晶热端部件的寿命至关重要。由于不同的取向具有不同的Schmid因子、弹性模量及开动滑移系,单晶高温合金中的铸造微孔洞的扩长还与取向密切相关,因此根据热端部件工况,合理的选择其取向是有必要的。