表面微空洞长大和相互作用的晶体有限元分析

通过建立空洞长大和相互作用的3D模型,采用晶体塑性有限元模拟研究了FCC晶体表面空洞的长大和相互作用行为,分析了晶体取向和微空洞在表面的深度变化对表面空洞长大和相互作用的影响.模拟结果表明:晶体取向除了影响空洞形状和长大方向外,还会影响空洞长大速度;总体而言,在固定位移边界条件下硬取向晶粒表面的空洞长大和相互作用大于软取向.随着空洞在单晶体表面深度的增加,空洞周围的最大塑性变形增加,变形局部化更加严重,空洞长大速度增加.     

聚丙烯短微纤维增强水泥冲击特性研究

基于唐志平等提出的剪切波跟踪技术(SWT),对聚丙烯短微纤维增强水泥(FCEM)和素水泥(CEM)进行了冲击速度76～506m/s、倾斜角为10的斜撞击试验。研究结果表明,两种材料的Hugoniot冲击绝热线均有四个明显的临界点A、B、C、D,分别对应材料的Hugoniot弹性限、剪切卸载波(S-)消失、孔洞崩塌点和颗粒材料的再压缩点。其中临界点B,在过去的研究工作中尚未被揭示,只有采用剪切波跟踪技术对S-波进行跟踪测量,才能最终确定。对剪切强度的分析结果表明,采用剪切波,尤其是卸载剪切波来探测脆性材料内部动态损伤非常有效。     

金属互连结构的电迁移失效分析新算法

综合考虑了电子风、温度梯度、应力梯度和原子密度梯度四种电迁移驱动机制,基于ANSYS软件平台和FORTRAN程序提出一种新的电迁移失效分析算法.通过ANSYS电-热-结构耦合分析获得模型的电流密度分布、温度分布和应力分布,基于FORTRAN编写的原子密度重分布算法获得不同时刻的原子密度,依据空洞生成和扩展失效准则进行电迁移动态空洞演化模拟并得到失效寿命.最后,SWEAT结构与CSP结构的应用算例验证r算法的精度.     

超塑性变形晶界效应研究综述

自1934年超塑性现象被发现, 一直以其特殊的塑性变形机制而备受关注.本文以对超塑性变形晶界研究为主线, 从力学角度总结了近年来研究成果. 包括: 基于晶界拓扑构造、统计规律以及能量耗散的力学模型; 论述了由孔洞损伤导致的超塑性沿晶破坏、晶界结构演化与宏观率敏感性之间的关系; 列举了考虑晶界效应的典型超塑性数值模型; 总结并讨论了晶界滑移定量表征的重要实验手段, 指出超塑性研究中需进一步拓展的领域: 多尺度耦合的超塑性力学、材料制备及组合工艺中利用超塑性.      

固体材料不稳定性的特征

基于分析势函数的二次变分,从理论上证明了固体材料不稳定性主要取决于材质不断退化的重要特征。另一特征是：材料往往会由基本变形路径漂移为一个轴向应变被限定的模态以至的失稳。文中以有限元方法计算模拟受周期性分布孔洞损伤的平面板材模型,结果显示,孔周边的应变局部化使变形路径转移到一个轴向应变被限定的失效模态。此类现象与金属板材拉胀实验中所观测到的结果相符合。     

单晶铜在动态加载下空洞增长的分子动力学研究

冲击载荷下延性材料的损伤是材料中微空洞的产生和长大演化的结果.利用分子动力学模拟 方法对延性金属单晶铜中单个空洞在动态加载下的演化发展进行了研究，得到了空洞增长过 程中的应力分布及空洞增长演化随冲击强度变化的规律.模拟结果表明，动态加载下的前期 压缩过程对后期拉伸应力场作用下的空洞增长演化特征有不可忽视的影响，微空洞增长的阈 值则与单晶实验中层裂强度随拉伸应力作用时间减少而增加的趋势相一致. 关键词： 层裂 分子动力学 动态加载 空洞     

外加应力作用下UO2中空洞演化过程的相场模拟

本工作建立了外加应力作用下UO₂中空洞演化的相场模型.首先,使用摄动迭代法求解了弹性平衡方程,对外加应力下单个空洞周围的应力分布进行了计算,结果表明空洞边缘有应力集中现象,模拟得到的应力分布和解析解一致.然后,利用相场方法模拟了不同外加应力下单个空洞的演化过程,结果表明随着外加应力的增大,空洞的生长速度加快.最后,研究了外加应力对多晶体系中晶粒长大和空洞演化的影响,结果表明,不同晶粒内的应力大小不同,应力越小的晶粒越容易长大,尺寸越大的空洞的边缘应力也越大.晶间空洞与弯曲晶界存在相互作用,一方面晶界附近的空洞会生长成透镜状,另一方面空洞对晶界也有钉扎作用,能减缓晶界的迁移.此外,外加应力会加速多晶系统中空洞的生长,并且本文计算得到了外加应力与空洞半径的关系,发现外加应力越大,空洞的生长越快.     

Atomic collision cascades on void evolution in vanadium

Molecular dynamics simulations were performed to study void evolution subject to unidirectional self-bombardment and radiation-induced variation of mechanical properties in single crystalline vanadium. 3D simulation cells of perfect body-centered cubic (BCC) vanadium, as well as those with one, two, four, and six voids, were investigated. For the no void case, the maximum number of defects, maximum volumetric swelling, and the number of defects left in bulk after a sufficiently long recovery period increased with higher primary recoil energy. For the cases containing voids, a primary recoil energy was carefully assigned to an atom so as to initiate a dense collision spike in the voids center, where some self-interstitial atoms gained kinetic energy by secondary replacement collision sequence traveling along the ? 111? direction. It is found that the larger or the greater the number of voids contained initially in the box, the larger the normalized void volume, and the smaller the volumetric swelling after sufficient recovery of systems. In the single void case, the void became elongated along the bombarding direction; in the multiple void cases, the voids coalesced only when the intervoid ligament distance was short. After sufficient relaxation of the irradiated specimen, a hydrostatic tension was exerted on the box, where the voids were treated as dislocation sources. It is shown that with higher primary recoil energy, the yield stress dropped in cases with smaller or fewer voids but rose in those with larger or greater number of voids. This radiation-induced softening to hardening transition with increasing dislocation density can be attributed to the combined effects of the defect-induced dislocation nucleation and the resistance of defects to dislocation motion. Moreover, as the primary recoil energy increased, the ductility of vanadium in the no void case decreased, but was only slightly changed in the cases containing void.