块体金属玻璃及其复合材料变形和失效行为的理论研究

发布时间：2021-02-18 04:13

　　由于具有独特的长程无序、短程有序亚稳态微结构,块体金属玻璃表现出一系列诸如高强度、高硬度、大的弹性极限等优良的力学性能。然而,由于缺乏硬化机制,块体金属玻璃在室温下的变形过程中极易形成单一的、狭窄的剪切带,进而发生宏观脆性失效。这极大地限制了块体金属玻璃在工程结构中的应用。为了提高其宏观塑性变形能力,不少学者通过引入增韧相制备了块体金属玻璃基复合材料,从而实现了对块体金属玻璃增韧的目的。然而,尽管块体金属玻璃基复合材料的压缩塑性性能相比金属玻璃基体材料已经有了极大的提高,但其拉伸塑性仍然不是十分理想。因此,还需要对块体金属玻璃基复合材料的变形与失效行为进行深入的研究。为此,本文对块体金属玻璃及其复合材料的变形与失效行为开展了如下的系统研究:（1）基于已揭示的块体金属玻璃失效机制及自由体积理论,在连续介质力学框架下构建了考虑失效机制的块体金属玻璃本构模型。建立的本构模型中把纳米孔洞浓度当作内变量,用来描述与块体金属玻璃失效相关的纳米孔洞的形核与汇聚。同时,为了有效地描述块体金属玻璃在拉伸和压缩载荷下的韧脆转换,通过引入应力三轴度,提出了一个适用于不同应力状态的失效判据。随后,还给出了新建... 

【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：143 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 块体金属玻璃及其复合材料简介
        1.2.2 块体金属玻璃及其复合材料变形与失效行为的实验研究
        1.2.3 金属玻璃及其复合材料变形与失效行为的数值模拟
        1.2.4 块体金属玻璃及其复合材料本构模型研究
    1.3 现有研究工作的不足
    1.4 本文主要研究内容
    1.5 本文的主要创新点
第二章 考虑失效机制的块体金属玻璃本构模型
    2.1 块体金属玻璃的失效机制概述
    2.2 考虑失效机制的块体金属玻璃本构模型
        2.2.1 运动学方程
        2.2.2 本构方程
        2.2.3 内变量演化方程
    2.3 块体金属玻璃本构模型的有限元实现
        2.3.1 本构模型的应力积分算法和一致切线模量
        2.3.2 有限元分析的代表性体积单元
    2.4 模拟与讨论
        2.4.1 材料参数确定方法
        2.4.2 变形与局部失效的预测
        2.4.3 局部区域的纳米孔洞浓度演化的预测
    2.5 本章小结
第三章 块体金属玻璃基复合材料单调拉伸和压缩变形的有限元模拟
    3.1 有限元模型
        3.1.1 块体金属玻璃基体的本构模型
        3.1.2 增韧相的本构模型
        3.1.3 有限元分析的代表性体积单元
    3.2 模拟结果
        3.2.1 有限元模型验证
        3.2.2 增韧相体积分数的影响
        3.2.3 增韧相取向的影响
        3.2.4 增韧相形状的影响
        3.2.5 增韧相屈服强度的影响
    3.3 讨论
    3.4 本章小结
第四章 考虑基体局部失效的块体金属玻璃基复合材料细观本构模型
    4.1 块体金属玻璃基复合材料的变形与失效行为概述
    4.2 复合材料细观本构模型
        4.2.1 两相材料的本构模型
        4.2.2 两级均匀化方法
        4.2.3 两相材料的一致性切线模量
    4.3 预测与讨论
        4.3.1 Zr基块体金属玻璃基复合材料变形与失效行为的预测
        4.3.2 含有石墨颗粒的块体金属玻璃基复合材料变形与失效行为的预测
        4.3.3 Ti颗粒增韧Mg基块体金属玻璃基复合材料变形与失效行为的预测
        4.3.4 讨论
    4.4 本章小结
结论与展望
    结论
    创新性
    展望
致谢
参考文献
附录一 简化周期性边界条件可靠性分析
攻读博士学位期间发表的论文及参与的科研工作


【参考文献】：
期刊论文
[1]块状非晶合金及其复合材料研究进展[J]. 胡壮麒,张海峰.  金属学报. 2010(11)
[2]大块非晶合金复杂应力状态塑性本构方程[J]. 陈德民,孙剑飞,沈军,邢大伟,梁立孚.  材料科学与工艺. 2004(06)



本文编号：3039017