金属材料塑性变形行为的理论研究：失效、稳态与稳定性

发布时间：2024-03-27 02:52

　　金属作为结构或功能材料在现代工业中有着非常重要的应用,然而坯料通常都要经过塑性变形技术处理后使用,塑性变形技术是在给定的外载荷和边界条件下对坯料进行“热力学”处理,从而得到符合设计目标的形状以及组织性能。传统的塑性变形技术包括轧制、挤压、锻造一般只能实现小变形,然而剧烈塑性变形技术通过控制应力状态使得金属承受较大的塑性变形且不发生破坏,另外基于该原理可以解决复杂曲面整体塑性成形难题。塑性变形过程中材料微结构被细化到微米甚至纳米尺度,从而具有优异的力学性能。然而,给定变形条件下金属材料的微结构和力学性能只能优化到稳态极限,该稳态极限和初始状态的关系将决定材料的本构行为。塑性变形加工金属的微结构使其稳定性显著降低,此外尺寸从几十纳米到几十微米的单晶或多晶微柱受压时发生应变突跳,其失稳特性制约了该特征尺寸结构的应用。因此,其变形稳定性引起了广泛的研究兴趣。本文结合晶体塑性、分子动力学等方法从理论上研究了金属材料塑性变形中的失效、稳态和稳定性问题:1.金属在复杂应力状态下塑性变形的失效问题。建立了基于统一强度理论的断裂轨迹面,推导了多种断裂轨迹面,并且得到了参数之间的关系。利用2024-T35...

【文章页数】：113 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 制备技术
        1.2.1 微纳米尺度结构的制备方法
        1.2.2 塑性变形制备技术
    1.3 金属材料塑性变形的失效、稳态和稳定性问题
        1.3.1 应力状态依赖的失效问题
        1.3.2 剧烈塑性变形的稳态和本构行为
        1.3.3 微纳米结构变形稳定性
    1.4 本文研究内容
第二章 金属材料应力状态依赖的失效模型
    2.1 引言
    2.2 韧性断裂轨迹面
        2.2.1 应力状态描述
        2.2.2 塑性本构模型
        2.2.3 统一强度理论
        2.2.4 混合应变-应力空间断裂轨迹面
    2.3 极限情况
        2.3.1 扩展摩尔-库伦准则
        2.3.2 扩展双剪或单剪准则
    2.4 参数校正和实验验证
        2.4.1 参数校正
        2.4.2 实验验证和模型预测能力比较
    2.5 参数分析
        2.5.1 三维空间参数分析
        2.5.2 二维空间参数分析
    2.6 本章小结
第三章 金属材料塑性变形的稳态和典型本构行为
    3.1 引言
    3.2 位错强化和晶界强化
        3.2.1 晶界强化
        3.2.2 位错强化
    3.3 位错密度演化
        3.3.1 单一变量位错密度演化模型
        3.3.2 位错密度和流动应力演化
    3.4 剧烈塑性变形的稳态
        3.4.1 剧烈塑性变形的稳态
        3.4.2 实验验证
    3.5 基于位错机制的晶体塑性模型
        3.5.1 运动学方程
        3.5.2 平衡方程
        3.5.3 本构方程
    3.6 初始状态效应
        3.6.1 数值计算
        3.6.2 理想弹塑性
        3.6.3 应变硬化
        3.6.4 应变软化
    3.7 梯度微纳米材料强化机制
    3.8 本章小结
第四章 金属材料微纳米结构塑性变形稳定性
    4.1 引言
    4.2 应变突跳本质
        4.2.1 应力控制下应变突跳
        4.2.2 应变控制下应变突跳
    4.3 理论模型
        4.3.1 微柱本构模型
        4.3.2 理论模型
    4.4 应变突跳临界状态和突跳大小预测
        4.4.1 应变突跳临界条件
        4.4.2 应变突跳大小预测
        4.4.3 讨论
    4.5 本章小结
第五章 结论和展望
参考文献
作者简历
攻读博士期间的主要研究成果



本文编号：3940081