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.     

静止裂纹尖端实验的HRR奇异场

用近代光学试验方法(面内云纹和投影云纹),测量了不同应变硬化指数材料(n=3.350～9.180)、平面应力Ⅰ型双边裂纹试件、裂纹尖端附近位移场和应变场。由试验结果分析了裂纹尖端位移奇异性,得到J主导区和围绕裂纹尖端附近HRR场分布。分析了HRR分布随载荷、材料不同的变化规律。     

纳米复合水凝胶的力学行为与刺激响应性

纳米复合水凝胶（nanocomposite hydrogels,NC凝胶）由于其简便的制备方法、独特的组成、优异的力学性能、高光学透明度以及良好的溶胀/去溶胀性等,引起了广泛的关注.近年来,本课题组在NC凝胶的力学行为及刺激响应性NC凝胶的制备方面取得了可喜的研究成果.观察到新合成的和溶胀平衡的聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAm）-锂藻土LaponiteNC凝胶的超拉伸性,发现了在大应变下的应变硬化现象;发现利用Mooney-Rivlin方程可以描述NC凝胶的压缩应力-应变,但不能描述较大的应变硬化;Creton模型能很好地描述NC凝胶在大形变下的应力-应变曲线,特别是凝胶的应变硬化;从NC凝胶小应变下的平衡剪切模量得到了有效交联密度,观察到NC凝胶形变-回复过程的迟滞现象,测定了NC凝胶的松弛指数.我们认为NC凝胶具有超拉伸性的原因是其较低的交联密度和适度的松弛速率;在响应性NC凝胶的制备方面,发现了溶胶型Laponite的水分散液的稳定窗口,避免了加入离子性单体引起的聚集沉淀;通过共聚制备了具有超拉伸性、pH响应或温度和pH双响应的透明NC凝胶.本文主要综述了我们课题组在NC凝胶力学行为及响应性NC凝胶领域的一些研究进展,并分析了NC凝胶研究领域仍然未解决的科学问题,以及今后可能的发展方向.     

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.      

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.      

应变硬化薄板夹持型滚弯成形过程分析

现存文献对薄板的连续滚弯成形过程的数学模拟多限于讨论三辊轮解锥型弯板过程,且基于较多的假定和板的小变形情况。而开发有更多的功能和更高的生产效率的四辊轮连续弯板机需研究夹持型滚弯成形过程。本文将「１」的工作,理想塑性材料平面应变薄板的夹持型连续滚弯成形过程的弹塑性大变形弯曲的力学分析,推广至一般应变硬化材料的情形。得出了控制微分方程的解析解。采用固支边界条件模拟刚度很大的平持系统对板的夹持。通过对线     

金属玻璃在不同温度下应力晶化行为的分子动力学模拟研究

金属玻璃的晶化对提高其力学性能尤其是延展性有重要意义.除了温度效应,大量文献证实应力是导致晶化的重要原因.本文通过分子动力学模拟,研究了金属玻璃铜在温度和应力两种因素联合作用下的晶化行为,分别研究了温度和应力两种因素的贡献.结果表明晶化比例随温度和应变的增大而增大,应变硬化与晶化比例之间存在正相关关系,证实了金属玻璃的应变硬化一定程度上由晶化引起.     

考虑应变硬化效应的简支梁后屈服性质

本文对于线性应变硬化刚塑性材料构成的矩形截面简支梁在中央集中载荷作用下的载椅——挠度关系进行了研究。文中不仅考虑了应变硬化效应使梁的极限弯矩增大的作用,而且还考虑了由于应变硬化而引起的塑性区的扩展所致的挠度改变对于梁的束载雄力的影响。研究表明:不仅仅材料的应变硬化特性对于梁在屈服后的承载能力有显著的影响,梁的几何特征长细比也对梁在屈服后的承载能力有显著的影响。     

双均值逼近屈服准则解析含腐蚀缺陷管道爆破压力

通过对Tresca和TSS屈服边长和边心距的均值同时进行逼近,建立了一个线性屈服准则,称为双均值逼近屈服准则.该准则在π平面上是一个等边非等角的十二边形,位于Mises圆内部.利用该准则对受内压作用的管道进行塑性极限分析,导出了含腐蚀缺陷管道爆破压力的解析解.该解析解是管材屈强比(σY/σT)、原始管道厚径比(t0/D0)、抗拉强度σT以及缺陷深度比(d0/t0)的函数.对比表明,该解析解所预测爆破压力与已有模拟和实验数据吻合较好.影响参数的定量分析表明,爆破压力随着屈强比或原始管道厚径比的增大而增大,随着缺陷深度比的增加而减小.所建立的爆破压力解析解对于管道的选材、设计以及安全评估具有重要意义.     

金属材料平面应变拉伸变形局部化有限元分析

本文对于涉及韧性金属大变形中颈缩与剪切带断裂一类高度非线性变形局部化问题进行了弹塑性有限元数值模拟。采用改进的Ｊ２形变理论微分形式公式与交叉三角形四边形单元有限元网格，详细研究了应变硬化指数及初始表面不均匀特性的平面应变拉伸颈缩和剪切带形成的综合影响，给出此类问题的断裂机制图。