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相似文献
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1.
Large-scale molecular dynamics simulations are performed to investigate the plastic deformation behavior of a bio-inspired metallic nanocomposite which consists of hard nanosized Ni platelets embedded in a soft Al matrix. The investigation is restricted to an idealized nanocomposite structure with regular platelet distributions in a quasi-two-dimensional geometry under quasi-static loading conditions. This restriction enables us to study size dependent material properties over a wide range of length scales with a fully atomistic resolution of the material and thus without any a priori assumptions of the deformation processes. The simulation results are analyzed with respect to the prevailing deformation mechanisms and their influence on the mechanical properties of the nanocomposite with various geometrical variations. It is found that interfacial sliding contributes significantly to the plastic deformation despite a strong bonding across the interface. Critical for the strength of the nanocomposite is the geometric confinement of dislocation processes in the plastic phase, which strongly depends on the length scale and the morphology of the nanostructure. However, for the smallest structural scales, the softening caused by interfacial sliding prevails, giving rise to a maximum strength.  相似文献   

2.
镁合金塑性机制研究综述   总被引:1,自引:0,他引:1  
纯镁具有丰富的微观塑性机制,尤其是孪晶,导致其塑性变形错综复杂,力学性能也与常见的面心及体心立方金属有显著差异。由于现今学界对位错滑移与孪晶变形等塑性机制缺乏充分认识,镁合金性能调控效果尚不理想,与铝合金相比,镁合金的力学性能还有很大的提升空间。基于此背景,本文首先回顾了镁合金的发展历史与应用现状。然后介绍了镁中位错滑移与孪晶变形等塑性机制的研究进展,重点阐述位错、孪晶、晶界、析出相、溶质原子等重要的微结构,并简要介绍了计算机模拟方法。最后展望了强韧性能方面值得重视的若干研究方向。  相似文献   

3.
The issues concerning the localization of plastic deformation in commercial Zr alloys used in the nuclear power industry are addressed. The possible types of deformation localization pictures corresponding with the respective stages of plastic flow are described. These are shown to be various kinds of self-excited wave processes of plastic flow. The dislocation structure of the material occurring within and in between the nuclei of localized deformation is investigated. The use of the self-excited wave patterns of plastic flow localization as an additional source of information on the mechanical properties of metals and alloys is substantiated.  相似文献   

4.
近年来,梯度纳米结构金属因其优越的力学性能和独特的塑性变形机理受到广泛关注,已成为材料与力学学科的热点和前沿。本文首先介绍梯度纳米结构金属的强度、塑性、加工硬化和抗疲劳等核心力学性能,以及晶粒长大、塑性应变梯度和几何必需位错等塑性变形机理及其力学研究。其次介绍梯度纳米结构金属的多尺度计算与模拟研究。最后讨论梯度纳米结构金属研究领域存在的挑战。  相似文献   

5.
Except for the recoverable strain induced by phase transformation, NiTi alloys are very ductile even in the martensite phase. The purpose of the present paper is to study the influence of permanent deformation, which results from plastic deformation of martensite, on the mechanical behaviour of pseudoelastic NiTi alloys. Based on phenomenological theory of martensitic transformation and crystal plasticity, a new three dimensional micromechanical model is proposed by coupling both the slip and twinning deformation mechanisms. The present model is implemented as User MATerial subroutine (UMAT) into ABAQUS/Standard to study the influences of plastic deformation on the stress and strain fields, and on the evolution of martensite transformation. Results show that with the increasing of plastic deformation the residual strain increases and the phase transformation stress–strain curves from the martensite to austenite become steeper and less obvious. Both characteristics, stabilisation of martensite and impedance of the reverse transformation, due to plastic deformation are captured.  相似文献   

6.
微结构演化对镁合金材料力学性能有着显著的影响,为了揭示镁合金宏观塑性各向异性特性与非均匀孪生变形的关系,开展了不同路径下的单轴加载试验以及采用含滑移、孪生机制的晶体塑性本构模型对试验条件下的镁合金变形行为进行数值模拟研究。文中本构模型描述了滑移与孪生变形机制以及晶格转动的机制,同时研究采用三维微结构代表性有限元模型,其包含晶粒尺寸、晶向和晶界倾角等微结构参数。研究结果表明,轧制镁合金具有强烈的宏观塑性各向异性行为,并对这种镁合金塑性各向异性行为的模拟结果以及多晶织构的模拟演化结果与试验测量进行对比,结果都基本吻合。对孪生非均匀变形模拟分析表明,镁合金宏观塑性各向异性行为与滑移、孪生变形机制的不同启动组合紧密相关,同时多晶体内应力的非均匀分布受到孪生变形的严重影响。而不同晶粒尺寸的晶粒所发生的孪生变形有比较大的差异,造成孪晶变体在晶粒内的分布极不均匀。本研究可为通过微结构的合理配置来设计和控制材料的力学性能提供理论依据.  相似文献   

7.
基于内时大变形弹塑性本构模型的镦粗热力耦合分析   总被引:1,自引:0,他引:1  
采用一个简单机械模型得到了热力耦合的弹塑性大变形本构方程,它满足不可逆热力学的基本约束,并考虑到了储存在残余微应力场中的能量对后续变形的贡献.发展了相应的算法,对弹性压板间的圆柱镦粗进行了分析.结果表明,在镦粗过程中的塑性耗散和工件两端的热传导造成工件中温度分布的不均匀,因此导致了材料力学性能的改变.与实验结果和等温假设下的计算结果进行了比较,表明计及塑性耗散热的计算结果与实验结果更为一致.  相似文献   

8.
模型复合材料弹塑性界面应力分析   总被引:9,自引:0,他引:9  
由纤维增强弹塑性基体所产生的界面具有弹塑性力学行为。考虑到一般材料的塑性变形都遵循幂硬化规律,对模型复合材料的界面进行弹性和应变硬化状态下的变形规律及其应力分析。以纤维拔出试验为研究模型,将界面分成弹性区和塑性区。利用界面应力剪滞理论,分别建立弹性区和塑性区的界面力学基本方程。选择适当的位移函数满足基本方程及埋入纤维的边界条件,再按位移函数求出弹性区和塑性区的界面剪应力。推导出平均界面剪应力与纤维  相似文献   

9.
10.
Kobayashi  M.  Zhang  Y.  Ishikawa  H.  Sun  J.  Oddershede  J.  Juul Jensen  D.  Miura  H. 《Experimental Mechanics》2021,61(5):817-828
Experimental Mechanics - The internal strain distribution developing during plastic deformation is important for understanding the mechanical properties of polycrystalline materials. Such...  相似文献   

11.
The effect of surface ultrasonic treatment on plastic deformation and mechanical properties of polycrystalline titanium and low-carbon steel specimens under tension was studied. The deformation pattern was investigated using optical, transmission electron, scanning electron and scanning tunneling microscopy. It was shown that the material within hardened surface layers is characterized by ultrafine-grained structure. This structure results in plastic flow localization at different scale levels. Localized deformation meso-bands induce weak work hardening of the material. Plastic flow macro-localization causes a drop of the external deforming stress. The peculiar mechanisms of deformation localization within the specimen surface layer govern formation of a banded dislocation substructure in the bulk of the specimen.  相似文献   

12.
在293~873 K的环境下,采用分离式霍普金森杆装置对高氮钢试样进行了102~103 s-1应变率下的动态加载实验。结合准静态实验结果,分析了应变率和温度对材料塑性流动特性的影响。结果表明:高氮钢的动态力学行为具有很强的应变率敏感性和温度敏感性。当应变率达到400 s-1或更高时,流动应力随应变率的增加显著升高;在同一应变率下,流动应力随温度的降低明显升高。研究了温度和应变率耦合效应对材料塑性行为的影响,得出温度软化效应在高氮钢高温动态塑性变形中起主导作用。基于经典的Johnson-Cook(J-C)模型,通过对实验数据的分析,得出了高氮钢材料的修正J-C本构方程,经验证修正J-C方程预测结果与实验结果吻合。  相似文献   

13.
齿轮精密锻造三维有限元分析   总被引:1,自引:0,他引:1  
开发了齿轮精密锻造三维有限元分析软件系统 ,采用三维弹塑性大变形有限元分析方法 ,分析了精密锻造过程的力学响应 ,获得上模、精锻齿轮和下模应力与变形的详尽信息。  相似文献   

14.
TiNi形状记忆合金变形特性实验研究   总被引:2,自引:0,他引:2  
王志刚 《力学学报》1995,27(5):587-596
给出了一种TiNi形状记忆合金(多晶)的单轴拉压、循环拉伸加卸载、形状记忆效果、恢复力、相变塑性变形及拉压。扭转比例、非比例加卸载的实验结果,实验结果显示,其变形特性非常不同于普通的弹塑性材料:如Bauschinger效果提前,甚至于会出现于卸载阶段;低温下的残余变形会在加热后消失;恒载下冷却时产生相当大的塑性变形(相变塑性变形)且在加热时消失等等。多轴加载实验结果表明,比例加载时该材料的加载屈服面及卸载屈服面都基本满足Mises准则,但非比例加载时则不然。  相似文献   

15.
高强度钢在建筑等工程领域发挥着极为重要的作用,因此准确测定其力学性能具有至关重要的意义.鉴于传统机械引伸计在小尺寸试样变形测试中的不便性,利用三维数字图像相关(3D-DIC)方法,对8.8级螺栓和Q690钢这两类试样在单轴拉伸试验全过程中的变形进行了测试,分别得到了应力-应变曲线、弹性模量、屈服强度、强度极限、断后延伸率和断面收缩率,由于试样在屈服阶段应变增加而应力基本不变,因此同时研究了该阶段中试样从弹性变形演化到塑性变形的发展规律.实验结果表明三维DIC在小尺寸试样力学性能测试方面具有很强的优越性,可用来灵活地测量变形并研究变形的演化规律.  相似文献   

16.
在全球气候变化和双碳政策的大背景下,多孔介质中固体的变形和流体的输运问题变得尤为重要。然而,在多孔介质中建立流固耦合模型仍面临的挑战之一是需要考虑跨越宏观尺度到纳米尺度的耦合作用。本文利用基于非平衡热力学的混合耦合理论,提出了一个弹塑性多孔介质流固耦合新模型,在同一个理论框架内研究了弹性变形、塑性变形和液体渗流之间跨尺度的耦合,考虑了耗散过程中的熵产,并利用Helmholtz自由能来连接宏观尺度上的力学变形和纳米尺度上的液体输运之间的相互作用。在应力-应变关系中采用了弹塑性刚度系数以反映塑性的影响。同时,经典的达西定律扩展为考虑固体的塑性变形。通过与文献中模型的比较,验证了该模型的有效性。最后,数值分析表明在多孔介质的流固耦合中塑性变形具有比较显著的影响。  相似文献   

17.
Fracture toughness of heat-resistant steel can be increased by a preliminary thermomechanical loading called warm pre-stressing (WPS). The procedure creates a plastic deformed area around the crack tip and hence allows larger service loads to be tolerated by the cracked specimen. It is shown that a hydrogenation in the preloading stage decreases the fracture toughness of material.Investigations are also presented of the applicability of physical and mechanical approaches for the prediction of cleavage stress of materials after preliminary plastic deformation (PPD) effects and hydrogenation. Different schemes of the plastic deformation and influence of hydrogenation are considered in the preloading stage to provide different levels cleavage stress of steel 15Kh2MFA.  相似文献   

18.
材料的力学性能,尤其是在有限变形下所呈现的宏观各向异性,是材料结构设计和服役寿命考虑的关键因素。由于宏观模型不能较好地反映材料微观结构(晶粒的形貌和取向等)对宏观塑性各向异性的影响,因此,本文建立了能实际反映晶粒形貌的三维Voronoi模型,并基于晶体塑性理论对铝合金在有限变形下的响应进行计算。首先,建立反映材料微结构的代表性体积单元RVE模型进行计算,并与实验结果进行对比验证。然后,以单向拉伸为例,分析了有限变形过程中试件的晶粒形貌和取向分布等微观因素对宏观各向异性演化的影响,并从材料和结构两个层面讨论了微观结构对宏观力学性能的影响。结果表明,本文模型能够反映微观结构对宏观力学性能的影响,为实际生产制造领域构件的力学性能提供可靠的预测。  相似文献   

19.
单晶镍基合金具有优异的耐高温、高强、高韧等性能, 这些力学性能受制造过程引入的次级取向和冷却孔的影响. 已有研究大多关注单孔薄板的变形机理和力学性能, 而工程中应用的往往是多孔薄板, 当前亟需阐明多孔的塑性滑移带变形机理、次级取向效应以及冷却孔引起的应变梯度效应. 文章采用基于位错机制的非局部晶体塑性本构模型对含冷却孔镍基单晶薄板的单拉变形进行了数值模拟. 此模型基于塑性滑移梯度与几何必需位错的关系引入了位错流动项, 因此可有效刻画非均匀变形过程中的应变梯度效应. 为了全面揭示含孔镍基薄板的次级取向效应, 系统研究了[100]和[110]取向(两种次级取向)下镍基薄板的单拉变形行为, 并重点探究了在两种次级取向下冷却孔数量对薄板塑性行为的影响. 此外, 还分析了镍基合金板变形过程中各个滑移系上分切应力变化、主导滑移系开动以及几何必需位错密度的演化过程, 并讨论了塑性滑移量及其分布特征对不同次级取向镍基合金板强度的影响. 研究表明, 单孔和多孔的[110]薄板抗拉强度均低于[100]薄板, 多孔薄板的塑性变形过程比单孔薄板更为复杂且受次级取向影响更大, 并且发生滑移梯度位置主要位于冷却孔附近以及塑性滑移带区域. 研究结果可为工程中镍基合金的设计和服役提供理论指导.   相似文献   

20.
纤维增强韧性基体界面力学行为   总被引:4,自引:1,他引:3  
分析了纤维增强韧性基体的界面力学行为及其失效机理,按剪滞理论和应变理化规律研究微复合材料的弹塑性变形和应力状态,讨论了幂硬化和线性硬化基体的弹塑性变形和界面应力分布,并给出纤维应力和位移的表达式。按最大剪应力强度理论建立了纤维/基体界面失效准则,推导出弹塑性界面失效的平均剪应力随纤维埋入长度的变化关系。  相似文献   

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