晶体取向对单晶体断裂特征影响的模拟分析

结合Ｎｉ基单晶合金制三种不同晶体取各的紧凑拉伸试样试验，本文利用考虑有限变形和晶格转动效应的晶体滑移有限元程序对单晶体三维裂特征进行了模拟计算分析，详细考察了裂纹尖端三维应力场特征和断裂特征，结果表明：晶体取向对裂纹尖端应力场有较大影响，但应力沿试样厚度方向明显分成两个部分，在试样心部，应力沿厚度方向变化不大，在试样外表面则明显变化，裂纹尖端张开位移（ＣＴＯＤ）沿厚度方向类似分成两个部分，垂直于滑     

纳晶金属的力学行为

纳晶金属特指晶粒尺寸在($1 \sim100)$\,nm块体金属材料,其在力、热、声、电、磁等方面有着潜在应用,对它的制备、表征和模拟是材料科学及相关领域的重要前沿.由于纳晶金属结构简单,影响性能的因素相对单一,因而对结构与性能之间关系的理论研究具有深刻的意义.纳晶金属三维细观拓扑结构与常规多晶体类似,但由于晶粒尺寸减小,晶界原子体积比增加,因此呈现出与粗晶金属不同的性质,并且当微观物理过程的特征尺度大于晶粒尺寸时,与其对应的性质也将受到晶粒或者晶界的调制作用.本文从制备、力学性能和塑性变形机制3个方面介绍了纳晶金属力学的部分最新进展,并讨论了结构特征与力学性能之间的关系.      

晶体取向对单晶体断裂特征影响的模拟分析

结合Ni基单晶合金制三种不同晶体取向的紧凑拉伸试样试验,本文利用考虑有限变形和品格转动效应的晶体滑移有限元程序对单晶体三维断裂特征进行了模拟计算分析,详细考察了裂纹尖端三维应力场特征和断裂特征,结果表明:晶体取向对裂纹尖端应力场有较大影响,但应力沿试样厚度方向明显分成两个部分,在试样心部,应力沿厚度方向变化不大,在试样外表面则明显变化。裂纹尖端张开位移(CTDD)沿厚度方向类似分成两个部分。垂直于滑移面的应力分量致单晶体的准解理断裂,即裂纹的起裂和扩展途径均与该应力分量有关。     

微纳米晶金属的应变率敏感性及应变硬化行为分析

基于亚微米、纳米晶粒组织塑性变形过程中多种变形机制(位错机制、扩散机制及晶界滑动机制)共存,建立了理论模型,用于定量研究亚微米、纳米晶粒组织的塑性变形行为.以铜为模型材料,计算分析了晶粒尺度、应变率以及温度对亚微米、纳米晶粒组织塑性变形行为的影响.结果表明:相比粗晶铜,亚微米晶铜表现出明显的应变率敏感性,并且应变率敏感系数随晶粒尺度及变形速率的减小而增大;同时,增大变形速率或降低变形温度都能提高材料的应变硬化能力,延缓颈缩发生,进而提高材料的延性.计算分析结果与实验报道吻合.     

考虑运动硬化的DD3镍基合金力学行为研究

详细介绍了镍基合金的晶体塑性本构模型,在Asaro大变形晶体塑性框架下,详细介绍了镍基合金的晶体塑性本构模型,在Asaro大变形晶体塑性框架下,引入了运动硬化规律,考虑了温度和应变率对晶体塑性变形的影响,通过针对每个滑移系考虑屈服准则和流动规律建立了晶体塑性模型. 对积分过程进行了推导,通过编写ABAQUS材料用户子程序(UMAT), 实现本构模型的有限元积分算法. 在此基础上模拟了DD3镍基单晶合金在单轴拉伸和循环载荷下的响应,并与实验数据进行了对比. 利用该模型可以很好地模拟镍基单晶所具有的各向异性特性,体现了镍基单晶在循环载荷作用下的拉-压不对称性.      

不同硬化指数的幂次硬化结合材料的界面端奇异性分析

从位移匹配的观点出发,本文认为对任意结合角度的幂次硬化材料界面端弹塑性问题,如果两种材料的硬化指数不相同,则应力场的奇异次数应由硬化指数较高一方材料的材料性质和几何形状决定。进一步分析表明,奇异次数只与该材料的硬化指数n及界面端角度有关,与比例常数α等其它材料常数无关。通过边界元数值计算对上述结论进行了验证,并且发现随着硬化指数的提高,应力奇异次数降低。     

高周疲劳的损伤-硬化模型

两级循环加载条件下,材料的剩余寿命强烈地依赖于加载历史。究其原因,不同加载历史将引起材料的微结构发生不同的变化,使得材料的硬化效果和变形行为表现出明显的差异,从而影响了损伤的演化过程。本文引入硬化状态变量来表征加载历史对疲劳损伤演化过程的影响。通过对两级循环加载下损伤演化规律和剩余寿命的研究,认为在两级（或多级）加载条件下,材料的损伤演化和剩余寿命强烈地依赖于加载历史造成的损伤和硬 化状态。     

新型铝锡硅合金高温塑性变形流变应力的研究

采用高温等温压缩变形方法,在温度为373-673K范围和应变速率为0.001-1.0s^-1范围内,测定了新型Al-10Sn-4Si合金的流变应力曲线,结果表明,该合金为正应变速率敏感材料并且具有稳态流变特征;稳态流变应力随变形速率的增加而增大,随变形温度的升高而降低,通过回归分析,建立了该合金高温塑性变形时稳态流变应力的半经验方程,这种稳态流变特征与动态回复、动态再结晶及局部晶界粘滞性流动行为有关,受热激活过程控制。     

硬化材料中弹塑性柱面波的数值方法

本文讨论了应变硬化材料中一种适宜于数值计算的增量型塑性应力应变关系,并以弹塑性柱面波的传播为例进行了数值分析,给出了一些有意义的结果。     

硬化系数对界面端弹塑性奇异应力场的影响

本文利用弹塑性边界元分析方法,对具有不同硬化系数的线性硬化结合材料界面端进行了计算,分析结果表明,当硬化系数较大时,界面附近的弹塑怀应力与将弹塑性本构关系简化为线性后得到的理论结果相接近,而当硬化系数相对较少时,理论分析的奇异应力场的主控区变得非常小,在屈服域的绝大部分区间,应力奇异性与理论解有较大区别,本文的结果还表明,硬化系数越小,过渡区（弹塑性厅异应力场支配区到屈服边界）越大,屈服区域应力分布变得平坦,在小规模屈服条件异次数一致）,即可用弹性厅异应力场来近似地描述小规模屈服时的弹塑性界面端,但应力强度系数则比弹性时略大,且随硬化系数的减小而增大。     

A study of directionality of latent hardening behavior in aluminium single crystals

By defining the yield stress in a latent hardening test as the first deviation from the elastic straight line, the yielding and hardening behavior on a latent system in the positive and negative slip direction was studied in aluminium single crystals. It is shown that the yield stresses on both the positive and negative latent systems are about equal to or a little lower than the maximum resolved shear stress in the primary test, but much higher than that of the active system. The influence of relative orientation and prestrain on latent hardening and initial work-hardening in the secondary test was also investigated, and it was found that there is a considerable effect on initial work-hardening, but none on latent hardening. With reasonable approximation, a hardening rule for single crystal could be proposed from the experimental results, that is, except for the yield stress on the system negative to the active system that is very low, hardening on the other systems is nearly the same as self-hardening.     

单晶易滑移阶段位错结构形成的动力学分析

提出了偶极子的保守攀移机制，并建立了一个新的单滑移位错动力学模型，应用该模型揭示了单晶硬化Ⅰ阶段（易滑移阶段）一种平面列阵结构———地毯（ｃａｒｐｅｔｓ）结构的形成，与实验吻合．该模型的特点是计及了偶极子的滑移和攀移机制；正、负可动位错的滑移、攀移、交滑移引起的位错线的三维运动以及位错的增殖和反应．线性稳定性分析和非线性分叉分析表明：位错花样（ｐａｔ ｔｅｒｎ）的形成是初始统计均匀分布位错系统在外力驱使下远离平衡态后产生动力学失稳形成的一种稳定结构．研究还揭示了地毯结构形成导致宏观硬化减少，易滑移阶段出现的本质．     

MULTIAXIAL BEHAVIOR OF NANOPOROUS SINGLE CRYSTAL COPPER： A MOLECULAR DYNAMICS STUDY

The stress-strain behavior and copper are studied by the molecular dynamics incipient yield surface of nanoporous single crystal （MD） method. The problem is modeled by a periodic unit cell subject to multi-axial loading. The loading induced defect evolution is explored. The incipient yield surfaces are found to be tension-compression asymmetric. For a given void volume fraction, apparent size effects in the yield surface are predicted： the smaller behaves stronger. The evolution pattern of defects （i.e., dislocation and stacking faults） is insensitive to the model size and void volume fraction. However, it is loading path dependent. Squared prismatic dislocation loops dominate the incipient yielding under hydrostatic tension while stacking-faults are the primary defects for hydrostatic compression and uniaxial tension/compression.     

纯铝在单轴应力循环作用下棘轮行为的试验研究

对纯铝进行了单轴应变控制和应力控制下的系统循环试验。对纯铝应变循环下的循环应变幅值、应变幅值历史、平均应变对循环特性的影响进行了揭示，对纯铝在非对称应力循环下的应力幅值、平均应力及其历史对循环蠕变〈即棘轮〉的影响进行了分析，得到了纯铝单轴循环行为的一些有意义的结果。     

孪生诱发塑性对V-5Cr-5Ti合金应变硬化行为的影响

钒合金(V-Cr-Ti)作为潜在重要的聚变反应堆用结构材料, 近年来受到广泛的关注. 为了研究 V-5Cr-5Ti 合金不同应变率压缩下的应变硬化行为, 特别是孪生对塑性变形的影响, 以位错密度和孪晶演化为基础, 建立了该合金的应变硬化模型. 模型中考虑了孪晶中的位错滑移对材料塑性应变的贡献. 模拟结果表明, 由于孪生诱发塑性, 从而使动态压缩时的位错密度小于准静态加载时的, 这使得 V-5Cr-5Ti 合金在动态压缩时的应变硬化率比准静态加载时的小. 当孪晶形成后, 位错滑移引起的塑性应变率随应变增大而增大, 并逐渐接近加载应变率, 而孪生引起的塑性应变率则随应变增大而减小.      

立方晶体单晶材料屈服面的研究

将Hill屈服准则用于DD3镍基单晶合金屈服应力的预测，通过与试验结果比较发现，在760℃时的误差较大，根据立方单晶材料的屈服特点，用正应力偏张量平方与剪应力偏张量平方乘积项构成的应力不变量考虑单晶合金偏轴受载时存在的拉、剪应力耦合效应，提出了一个在工程上实用的新屈服准则．在新屈服准则中出现的参数可以通过单向拉伸试验确定，给出了确定这些参数的方法，并重新定义了适合新屈服准则的等效应力和等效应变，对各向同性材料，新屈服准则退化为Von Mises屈服准则，新定义的等效应力和等效应变退化为Von，Mises等效应力和等效应变，用新屈服准则对国产DD3单晶合金的屈服应力进行预测，能很好地符合试验结果；与Hill屈服准则比较，在760℃时的预测精度显提高。     

磁电弹复合材料和刚性导电导磁圆柱压头的二维微动接触分析

本文求解平面应变状态下磁电弹复合材料半平面和刚性导电导磁圆柱压头的二维微动接触问题。假设压头具有良好的导电导磁性,且表面电势和磁势是常数。微动接触依赖载荷的加载历史,所以首先求解单独的法向加载问题,然后在法向加载问题的基础上求解循环变化的切向加载问题。整个接触区可以分为内部的中心粘着区和两个外部的滑移区,其中滑移区满足Coulomb摩擦法则。利用Fourier积分变换,磁电弹半平面的微动接触问题将简化为耦合的Cauchy奇异积分方程组,然后数值离散为线性代数方程组,利用迭代法求解未知的粘着/滑移区尺寸、电荷分布、磁感应强度、法向接触压力和切向接触力。数值算例给出了摩擦系数、总电荷和总磁感应强度对各加载阶段的表面接触应力、电位移和磁感应强度的影响。     

TEMPERATURE EFFECT ON LOW-CYCLE FATIGUE BEHAVIOR OF NICKEL-BASED SINGLE CRYSTALLINE SUPERALLOY

The low-cycle fatigue （LCF） behavior of a nickel-based single crystal superalloy with [001] orientation was studied at an intermediate temperature of T0℃ and a higher temperature of To ＋ 250℃ under a constant low strain rate of 10^-3 s^-1 in ambient atmosphere. The superalloy exhibited cyclic tension-compression asymmetry which is dependent on the temperature and applied strain amplitude. Analysis on the fracture surfaces showed that the surface and subsurface casting micropores were the major crack initiation sites. Interior Ta-rich carbides were frequently observed in all specimens. Two distinct types of fracture were suggested by fractogaphy. One type was characterized by Mode-I cracking with a microscopically rough surface at To ＋ 250℃. Whereas the other type at lower temperature T0℃ favored either one or several of the octahedral {111} planes, in contrast to the normal Mode-I growth mode typically observed at low loading frequencies （several Hz）. The failure mechanisms for two cracking modes are shearing of γ＇ precipitates together with the matrix at T0℃ and cracking confined in the matrix and the γ/γ＇interface at To - 250℃.     

镍基单晶合金蠕变变形过程的描述

基于强化相γ’的筏化－解筏和粗化的细观过程,本文推导了一组用于描述基单在合金蠕变变形过程的蠕变方程,并在９５０℃和７６０℃标定了国产ＤＤ３镍基单晶合金不同晶体取向的模型参数,与实验结果比较,所提模型可以准确地描述蠕变的主要阶段。