白光散斑相关法多尺度分析Portevin-Le Chatelier剪切带变形

在适当的温度、应变率或预变形下,合金材料的拉伸试验中,将会出现伴随雪崩式剪切变形带的锯齿形塑性失稳、即PLC(Portevin-Le Chatelier)效应。本文利用图像相关求位移场的方法,对恒定加载应变率下(10-4/s),拉伸铝合金(A2017)试件时出现的PLC效应从宏观剪切带变形到微观晶粒变形等多尺度进行了观察和定量化的分析。通过对PLC效应发生时采集的试件表面的白光散斑图进行相关运算,得到试件表面剪切变形区域各点的精细位移,并在此基础上计算出剪切带区域的应变分布及剪切带的宽度。实验结果显示,当PLC效应发生时,剪切带区域的应变曲线呈台阶型,带的前后边缘应变梯度较大,中间近似呈平台状,带外区域应变值接近零,塑性拉伸变形主要集中在带内。     

数字散斑相关法研究镍钴基高温合金中的PLC效应

作为航空发动机涡轮盘用新型材料,镍钴基变形高温合金在300～600℃温度区间内拉伸时会产生Portevin-Le Chatelier (PLC)效应.本文采用数字散斑相关方法,研究了镍钴基变形高温合金在400℃下拉伸变形过程中伴随PLC效应出现的应变局域化现象,即PLC带.实验结果表明,PLC带内的应变比试件平均应变大一个数量级,而带外部分应变接近于零.同时还观察到了带外部分的弹性收缩现象,即出现应变为负的区域.在拉伸全程中,PLC带与拉伸轴方向成约60°的夹角.PLC带的宽度均为4～4.5 mm,远大于试件最小尺寸(厚度),这一点与铝合金中的带宽与试件最小尺寸相近这一现象截然不同.     

分子动力学模拟金属玻璃板拉伸时剪切带的形成和演化过程

金属玻璃在低温高应力条件下容易生成剪切带而导致结构的破坏,大大限制了它的推广应用。本文采用分子动力学模拟研究了三种Cu64Zr36（不带缺口、一侧带缺口、两侧带缺口）金属玻璃板试样在拉伸过程中剪切带的形成和演化过程及其力学性能。结果表明：不带缺口金属玻璃板试样在低温高应力的拉伸过程中会自发出现局部剪切转变区,发生剪切局部化,继续拉伸会在与加载轴大约成45°方向上形成剪切带。剪切带的形成与剪切转变区的分布和局部化有关,带缺口比不带缺口的试样会更早出现应变局部化,即在较低的拉伸应变下便形成剪切带,其拉伸强度也相应较低。相同条件下,一侧带缺口与两侧带缺口的试样在拉伸强度上几乎相同,但两侧带缺口试样的应变局部化程度稍低,主要是两侧缺口处均出现了剪切转变区,导致其分布和局部化不够集中,这也是形成主剪切带和次剪切带的主要原因。以上结果为进一步从原子尺度理解金属玻璃剪切带的形成和演化特征提供了重要的信息。     

分子动力学模拟金属玻璃板拉伸时剪切带的形成和演化过程

金属玻璃在低温高应力条件下容易生成剪切带而导致结构的破坏,大大限制了它的推广应用。本文采用分子动力学模拟研究了三种Cu64Zr36（不带缺口、一侧带缺口、两侧带缺口）金属玻璃板试样在拉伸过程中剪切带的形成和演化过程及其力学性能。结果表明：不带缺口金属玻璃板试样在低温高应力的拉伸过程中会自发出现局部剪切转变区,发生剪切局部化,继续拉伸会在与加载轴大约成45°方向上形成剪切带。剪切带的形成与剪切转变区的分布和局部化有关,带缺口比不带缺口的试样会更早出现应变局部化,即在较低的拉伸应变下便形成剪切带,其拉伸强度也相应较低。相同条件下,一侧带缺口与两侧带缺口的试样在拉伸强度上几乎相同,但两侧带缺口试样的应变局部化程度稍低,主要是两侧缺口处均出现了剪切转变区,导致其分布和局部化不够集中,这也是形成主剪切带和次剪切带的主要原因。以上结果为进一步从原子尺度理解金属玻璃剪切带的形成和演化特征提供了重要的信息。     

快速傅里叶变换分析6061铝合金在不同自然时效时间下的PLC效应

快速傅里叶变换对复杂波形曲线的频率组成分析具有高效性和独特性.利用该方法对不同自然时效时间的6061铝合金在恒定应变率下的拉伸应力曲线,进行了整体及局部的频谱分析,实验发现,随自然时效时间延长,材料的屈服强度和抗拉强度逐渐增大,应力跌落幅值逐渐减小,应力锯齿类型由B型向A型过渡.整体频谱分析中,自然时效0～2h在1.9...     

Al-Cu多晶合金中锯齿形屈服现象的时序统计研究

合金中溶质原子和可动位错之间的交互作用引起材料的固溶硬化,这一交互作用在合适的应变率和温度条件下可重复发生,称为动态应变时效(DSA),从而导致锯齿形的应力屈服,同时伴随着变形带的产生,被称为Portevin-Le Chartelier(PLC)效应。本文对Al-Cu多晶合金锯齿形屈服现象中应力跌幅、跌落时间等多个特征物理量时序演化规律进行了系统的研究。结果显示,跌落时间对应变不敏感;1mm和2mm厚度试件的应力跌幅和再加载时间都近似随应变线性增加,3mm厚试件的统计结果则显示出一个明显的转变点。最后本文结合动态应变时效原理和晶体位错学,分析了实验条件(应变率和试件尺寸)对各特征物理量的影响。     

铝合金中PLC变形带的轨迹观察和研究

本文采用了动态数字散斑干涉法 (DSPI) ,对恒定加载应变率下铝合金试件的拉伸实验作了直接地观察和研究。实验记录了三种类型的PLC(Portevin LeChatelier)变形带 (类型A、B、C)在试件表面的产生过程 ;追踪了它们产生和传播的空间轨迹 ;探讨了在室温下出现不同类型PLC带所必需的加载应变率范围 (当 ε≥ 5× 1 0 - 4 s- 1 时 ,变形过程中以A类型的PLC带为主 ;当 ε <3× 1 0 - 5s- 1 时 ,则大量出现C类型的PLC变形带 ;而B类型的带将出现于这两者之间 ) ;并对”锯齿形”应力曲线中应力下掉的幅值进行了统计研究。同时 ,针对连续传播的A类型带和跳动传播的B类型带 ,得到了变形带的传播速度在变形过程中的递减演化趋势。实验还观察到随着塑性变形量的增加 ,变形带的倾斜方向会发生对称迁移现象。A、B带在拉伸试验过半时迁移现象发生 ,而C带在拉伸试验的初期即频繁出现     

高速切削锯齿形切屑内绝热剪切带微观特征研究

使用光学显微镜、显微硬度计、X射线衍射、SEM、TEM等方法对高速切削30CrNi3MoV高强度钢锯齿形切屑中第一和第二变形区内形成绝热剪切带和白层进行了观察和研究。结果表明,形成了两种形式的绝热剪切带,即低速下形成的形变带和高速下形成的转变带。转变带内的硬度高于形变带和切屑基体。X射线衍射表明白层内发生了马氏体相变。TEM观察发现,形变带内为经历了大塑性变形的回火马氏体组织。转变带是由尺寸为50～100 nm的等轴晶组成,绝热剪切带形成过程中发生了动态再结晶。     

高速切削过程中诱发绝热剪切带形成的热塑性剪切波

提出了高速切削过程中诱发绝热剪切带形成的热塑性剪切波的传播机理,针对锯齿形切屑中热望性区域内的塑性梯度变形特征、动量和能量耗散情况,建立了与切削条件相关的热塑性剪切波的传播模型及剪切带宽度模型.在此基础上,通过淬硬45钢的切削实验并结合改进的Johnson-Cook本构模型分析了热塑性剪切波的传播规律,并将剪切带宽度模型与已提出的DB模型、WR模型和DM模型做了对比,结果表明,由热塑性剪切波传播理论推导的剪切带宽度模型与实验结果较其他模型吻合较好.     

非晶合金剪切带动力学行为研究

剪切带是一种材料塑性变形高度局域化的变形模式,广泛存在于非晶体系的形变中,控制着这些无序体系失稳、灾难性断裂行为.传统的非晶体系如岩石,胶体,玻璃和聚合物等因较差的力学性能以及过于复杂的结构而不利于剪切带的实验研究.近几十年来,非晶合金的出现极大丰富了剪切带的研究,推进了对剪切带的认识.通过大量非晶合金中剪切带的实验和理论研究,人们发现剪切带行为具有空间不均匀性和时间不连续性的特征,表现出复杂的动力学特征,和自然界以及物理系统中许多复杂体系的动力学行为相似.同时,剪切带的性质尤其是其动力学行为对非晶合金的宏观力学行为和性能有重要的影响,对理解这类材料的微观变形机理也起着重要的作用.本文结合团队近年来在非晶合金剪切带行为方面的研究结果,对剪切带的运动行为和物理机制进行介绍,包剪切带间歇性运动行为、以及间歇性运动在表征其动力学性质中的作用以及物理机制,以及剪切带的自组织临界行为、物理机制等.最后对非晶合金剪切带行为研究中亟需解决的问题进行了总结和展望.     

利用动态DSPI及其时域位相分析研究Portevin—Le Chatelier滑移带

Portevin—Le Chatelier(PIC)效应是一种典型的塑性失稳现象，我们提出了一种新方法对合金材料中的PIC效应进行直接的观察和定量化的研究，这种方法的原理基于干涉散斑图样的位相差是一个与时间相关的单调函数，当PIC效应发生的时候，干涉散斑图序列被高速采集记录下来进行时域位相分析，同时通过动态散斑干涉法补偿位移，利用这种方法可以得到PIC滑移带及周围区域沿拉伸方向的位移分布并估算由滑移引起的试件的伸长。     

Al-Mg合金中析出强化相对Portevin-Le Chatelier效应的影响

Portevin-Le Chatelier(PLC)效应作为广泛存在于各种合金材料中的重要塑性失稳现象一直受到研究者的广泛关注。本文对镁原子质量百分含量分别为2.5%和5%的两种铝合金-国标LF2和LF5铝合金进行宏观拉伸实验和透射电子显微镜观察实验。通过宏观和微观实验结果的对比分析表明,由于LF5合金中作为溶质的Mg原子的含量相对于LF2合金成倍增加导致析出相颗粒数量也成倍增加,进而引起PLC效应在强度和加工硬化时间的倍增,这些对应关系表明Al-Mg合金中析出相颗粒是产生并影响PLC效应的重要因素。实验结果显示虽然析出相颗粒数量在多方面影响PLC效应,但是对其飞行时间的影响却微乎其微。     

Band structure calculations of in-plane waves in two-dimensional phononic crystals based on generalized multipole technique

A numerical method, the so-called multiple monopole (MMoP) method, based on the generalized multipole technique (GMT) is proposed to calculate the band structures of in-plane waves in two-dimensional phononic crystals, which are composed of arbitrarily shaped cylinders embedded in a solid host medium. To find the eigenvalues (eigenfrequencies) of the problem, besides the sources used to expand the wave fields, an extra monopole source is introduced which acts as the external excitation. By varying the excitation frequency, the eigenvalues can be localized as the extreme points of an appropriately chosen function. By sweeping the frequency range of interest and the boundary of the irreducible first Brillouin zone (FBZ), the band structures can be obtained. Some typical numerical examples with different acoustic impedance ratios and with inclusions of various shapes are presented to validate the proposed method.     

激光散射法用于雾化场颗粒Sauter平均直径测量的若干问题研究

通过实验室中的模拟研究 ,探计了不同的颗粒浓度 (体积分数 )造成散射光强度和分布的差异对于Sauter平均直径测量的影响。实验结果表明 ,对同一种砂粒试样 ,由于砂粒浓度造成的散射光的强度和分布的不同 ,对Sauter平均直径的测量结果基本上没有影响。还用CCD相机对按一定比例混合而成的玻璃砂进行显微放大成像 ,得到砂粒的Sauter平均直径 ,此法对测试系统的校验有很大的帮助。     

Surface effect on band structure of magneto-elastic phononic crystal nanoplates subject to magnetic and stress loadings

This paper presents a theoretical model for the size-dependent band structure of magneto-elastic phononic crystal(PC) nanoplates according to the Kirchhoff plate theory and Gurtin-Murdoch theory, in which the surface effect and magneto-elastic coupling are considered. By introducing the nonlinear coupling constitutive relation of magnetostrictive materials, Terfenol-D/epoxy PC nanoplates are carried out as an example to investigate the dependence of the band structure on the surface effect, magn...     

白光DSCM方法用于岩石变形观测的研究

本文分析了白光DSCM（数字散斑相关测量）方法用于岩石材料表面变形观测的可行性及优越性，并根据岩石材料变形的特点将普通DSCM方法进行改进。DSCM方法应用于岩石变形观测中，使观测过程得到简化，同时有助于解决岩石力学中一些难题。文中的实验结果证实了该方法的可行性和优越性。