工业金属及其复合材料动态塑性变形本构建模研究
发布时间：2021-07-07 21:23
材料在受到动态加载时,在短时间内发生剧烈变形,在此过程中材料的动态力学响应与准静态加载下的力学响应有着很大差异,因此材料在动态荷载下的塑性本构关系一直是材料加工与力学领域研究的重点内容。构建一个准确的动态塑性本构方程,需在建模过程中采用实时的材料状态变量,并将状态变量与材料的微观结构演化特征紧密联系起来。一个普适的、准确的本构模型,对金属及其复合材料在工程中的优化应用有着重要意义。本文基于晶体塑性变形的热激活位错运动理论,分别针对具有不同微结构和形变规律的fcc金属、bcc金属、hcp金属,结合它们在变形过程中各自不同的微结构演化特征,在大应变率跨度下进行了物理本构建模及实验研究。最后通过多参数非线性优化方法确定出了材料本构模型参数,将之成功应用于多种典型工业材料上并得到实验验证。然后,针对双相金属基复合材料、金属基纳米复合材料（MMNCs）进一步开展了金属基复合材料的本构建模研究。主要研究工作包括:（1）面心立方结构（fcc）金属的位错机制主要是克服林位错引起的势垒阻碍,根据fcc金属塑性变形机理分析,结合纳米孪晶材料微观演化特性,推导建立了其本构模型。并将模型应用于纳米孪晶铜（nt...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．２在剪应力ｒ作用下晶体发生孪生变形示意图［３３］??
?６?？?ｏ?？?０?？??图２．１晶体通过刃型位错移动造成滑移的示意图［３２］??孪生是晶体的一部分沿一定晶面（孪晶面）和晶向发生切变，如图２．２所示，产生孪??生变形部分的晶体位向发生了改变，它是以孪晶面为对称面与未变形部分对称，这种对称??的两部分晶体称为孪晶；发生变形的那部分晶体称为孪晶带。??抛光面??｜李晶面??图２．２在剪应力ｒ作用下晶体发生孪生变形示意图［３３］??孪生和滑移不同，滑移时变形只局限于给定的滑移面上，滑移后滑移总量是近邻原子??间距的整数倍，滑移前后晶体的位向不变；孪生变形时各层原子平行于孪晶面运动，在这??部分晶体中，相邻原子间的相对位移只有一个原子间距的几分之一，但许多层晶面累积起??来的位移便可形成比原子间距大许多倍（不一定是整数倍）的变形。另外，孪生变形所需??的最小切应力比滑移的大得多，因此孪生变形只在滑移很难进行的情况下才发生。面心立??方结构（ｆｅｅ）的金属一般不发生孪生变形，但少数金属如铜、金、银在极低温度下可能发??生；体心立方结构（ｂｅｅ）的金属仅在室温或受冲击时才发生；而滑移系较少的密排六方??结构（ｈｅｐ）的金属如镁、锌、镉等
少??￡??图２．４三种典型晶体的加工硬化曲线??其中ｆｅｅ和ｂｃｃ具有较高的ＪｃｒＡ／ｆ?，即加工硬化率高，说明滑移系较多的单晶体容易??产生加工硬化效果。??ＣＴ??ｉ??Ｉ?；?ｎ?／?ｍ??！?／１??ｉ??ｌｉ?１?１?ｅ??图２．５?ｆｅｅ晶体加工硬化曲线??ｆｅｅ晶体的加工硬化曲线具有典型性，具有以下特点：??（１）
【参考文献】：
期刊论文
[1]Dynamic mechanical characterization and optimization of particle-reinforced W-Ni-Fe composites[J]. SONG WeiDong * & NING JianGuo State Key Laboratory of Explosion Science and Technology, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2011(09)
[2]基于竞争协同进化的改进遗传算法[J]. 李碧,林土胜. 深圳大学学报(理工版). 2009(01)
本文编号：3270395
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．２在剪应力ｒ作用下晶体发生孪生变形示意图［３３］??
?６?？?ｏ?？?０?？??图２．１晶体通过刃型位错移动造成滑移的示意图［３２］??孪生是晶体的一部分沿一定晶面（孪晶面）和晶向发生切变，如图２．２所示，产生孪??生变形部分的晶体位向发生了改变，它是以孪晶面为对称面与未变形部分对称，这种对称??的两部分晶体称为孪晶；发生变形的那部分晶体称为孪晶带。??抛光面??｜李晶面??图２．２在剪应力ｒ作用下晶体发生孪生变形示意图［３３］??孪生和滑移不同，滑移时变形只局限于给定的滑移面上，滑移后滑移总量是近邻原子??间距的整数倍，滑移前后晶体的位向不变；孪生变形时各层原子平行于孪晶面运动，在这??部分晶体中，相邻原子间的相对位移只有一个原子间距的几分之一，但许多层晶面累积起??来的位移便可形成比原子间距大许多倍（不一定是整数倍）的变形。另外，孪生变形所需??的最小切应力比滑移的大得多，因此孪生变形只在滑移很难进行的情况下才发生。面心立??方结构（ｆｅｅ）的金属一般不发生孪生变形，但少数金属如铜、金、银在极低温度下可能发??生；体心立方结构（ｂｅｅ）的金属仅在室温或受冲击时才发生；而滑移系较少的密排六方??结构（ｈｅｐ）的金属如镁、锌、镉等
少??￡??图２．４三种典型晶体的加工硬化曲线??其中ｆｅｅ和ｂｃｃ具有较高的ＪｃｒＡ／ｆ?，即加工硬化率高，说明滑移系较多的单晶体容易??产生加工硬化效果。??ＣＴ??ｉ??Ｉ?；?ｎ?／?ｍ??！?／１??ｉ??ｌｉ?１?１?ｅ??图２．５?ｆｅｅ晶体加工硬化曲线??ｆｅｅ晶体的加工硬化曲线具有典型性，具有以下特点：??（１）
【参考文献】：
期刊论文
[1]Dynamic mechanical characterization and optimization of particle-reinforced W-Ni-Fe composites[J]. SONG WeiDong * & NING JianGuo State Key Laboratory of Explosion Science and Technology, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2011(09)
[2]基于竞争协同进化的改进遗传算法[J]. 李碧,林土胜. 深圳大学学报(理工版). 2009(01)
本文编号：3270395
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