位错密度梯度结构Cu单晶微柱压缩的三维离散位错动力学模拟

采用离散位错动力学模拟了位错密度梯度结构Cu单晶微柱的压缩过程,分析了加载方向垂直于位错密度梯度方向和平行于位错密度梯度方向对微柱压缩各向异性响应的影响。压缩应力-应变响应结果表明:加载方向平行于位错密度梯度方向时,弹-塑性转变的临界应力更高,但应变较大时的塑性流动应力不受加载方向的影响。进一步分析塑性应变和位错密度的空间分布和时间演化表明:当加载方向垂直于位错密度梯度方向时,位错密度最低区的位错源首先激活,随后位错密度更高区的位错源激活,整个变形过程伴随多个滑移带产生,整体模型的变形更加均匀;当加载方向平行于位错密度梯度方向时,位错源的开动首先在模型的中间层发生,然后向两端扩展,整个模型的塑性变形主要集中在一个滑移带。     

基于离散位错动力学的单晶铜构件拉伸特性研究

为了研究微纳尺度构件拉伸中的位错演化行为,建立了2. 5D离散位错动力学模型,编写了单晶铜拉伸的离散位错动力学-有限元耦合仿真框架和程序。基于该模型,研究了单晶铜构件的单向拉伸特性,分析了单晶铜构件单向拉伸的特性曲线,获得了内部应力的分布规律。探究了单晶铜构件的厚度尺寸对拉伸特性的影响,获取了影响单晶铜单向拉伸性能的内在机理。研究结果表明,随着外载荷的增加,晶体内部逐渐形成位错网络,位错网络边界上位错吸收游离位错形成牢固的林位错组织,产生应力集中现象。通过比较不同厚度的单晶铜,认为较薄的单晶铜中位错更易被边界、林位错组织捕获,可动位错密度较低,使构件表现出更硬的力学特性。仿真研究表明仿真框架和程序可用于对单晶铜构件拉伸特性的评价。此外,还分析了单晶铜构件拉伸中表现出尺度效应的原因。     

边界条件对离散位错动力学模拟疲劳Cu单晶位错花样的影响

利用二维离散位错动力学方法，研究了边界条件对计算机模拟疲劳Cu单晶位错花样的影响．结果表明：边界条件在模拟位错花样这类多体问题时是非常重要的；在其它模拟机制均完全相同的情况下，不同边界条件会形成不同的模拟结果,自由空间边界条件是最简单、也是最不现实的边界条件，模拟结果与实验结果相差甚远；而一维最近邻周期性边界条件与二维近邻周期性边界条件的模拟结果基本相同，与Cu单晶早期疲劳位错花样的实验比较吻合．     

纳米单晶γ-TiAl合金应变率效应的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟不同应变率下纳米单晶γ-TiAl合金中裂纹的扩展,利用速度加载方式对预置裂纹的单晶γ-TiAl合金进行动态单向拉伸,模拟过程中施加应变率为5.0*10₇S_-1~7.5*10₉ S_-1。研究结果表明：不同的应变率范围下裂纹的扩展形式差异很大。在不敏感区(≤4*10₈S_-1),裂纹呈解理扩展;在敏感区(4.0*10₈S_-1＜应变率≤1.0*10₉S_-1),前期呈现解理扩展特征,后期裂纹扩展通过裂尖发射滑移位错,位错塞积萌生空洞,空洞形核长大形成子裂纹,应变率≤5.0*108 S_-1时,子裂纹发生偏向,与主裂纹呈45度方向串接,5.0*10₈ S_-1＜应变率≤1.0*10₉S_-1时,子裂纹与主裂纹同向串接,最终导致裂纹扩展直至断裂;在突变区(≥1.0*10₉ S_-1),因应变强化作用使裂纹不在应力最大时刻启裂,出现裂纹扩展后应力持续增加一段时间后减小的现象,高应变率导致裂尖前端多处区域的原子结构局部非晶化,最终在原子结构混乱处萌生微裂纹,微裂纹扩展导致“试件”多处开裂。     

基于二维离散位错动力学的镍基合金沉淀强化

根据位错在含沉淀相金属中的运动规律,建立了一个含沉淀相的二维离散位错动力学模型以模拟沉淀相体积分数在镍基合金中的影响。通过计算位错受到的力,包括外力、位错间的长程弹性应力、位错运动时受到的固溶摩擦力及反相畴界力等,得到位错的运动状态,然后应用Orowan公式得到相应的应力应变曲线。模型考虑了位错的增殖、湮灭以及超位错切割沉淀相的机制。模拟中,沉淀相用直径相同的圆表示,沉淀相体积分数分别为30%,40%和50%。模拟结果表明增大沉淀相体积分数可使镍基合金变形抗力增大,且随着沉淀相体积分数增高,沉淀相体积分数对合金变形抗力的影响变大。     

基于二维离散位错动力学的颗粒强化机制建模

基于二维离散位错动力学方法,以含有L12型长程有序γ'沉淀相的镍基合金为研究对象,根据材料实际的晶体结构建立了相应的模型。研究了颗粒体积分数与平均半径对金属及合金强度的影响,实现了材料临界分切应力的预测。为了使有限元模型与实际Ostwald熟化晶体中的颗粒分布更为接近,模型考虑了颗粒的LSW分布规律。此模型中颗粒简化为球形,其在三维空间中的体积分数分别为5. 5%、8%和10. 5%,平均半径分别为16b、25b和36b (b为位错的柏氏矢量大小),位错与颗粒之间的交互作用基于位错切过机制。结果表明,欠时效状态下γ'沉淀相的体积分数或平均半径的增大都会导致镍基合金的临界分切应力增大。临界分切应力一定程度上体现了材料强度,临界分切应力越大,材料强度越高,因此可以通过增大颗粒体积分数和平均半径提高材料强度。     

泡沫金属的应变率效应研究

泡沫金属是一种优良的冲击吸能材料.研究高应变率下泡沫金属力学性质多采用分离式Hopkinson压杆系统.国内外采用分离式Hopkinson压杆对各种类型的泡沫金属材料做了大量的研究.并对应变率效应作出了各种解释.但是,由于泡沫金属制备方法、材质、结构等不同,一些实验结果和原因解释也不尽一致.本文对近年来国内外的研究进展成果做了介绍.     

聚晶金刚石压痕行为的离散位错动力学仿真分析

依据位错理论,建立了聚晶金刚石(polycrystalline diamond,PCD)离散位错动力学-有限元耦合的压痕仿真模型。通过离散位错动力学仿真,获得了在微压痕作用下PCD的位错云图,揭示了金刚石微粉颗粒尺寸及颗粒体积分数对聚晶金刚石压痕特性的影响规律,并分析了聚晶金刚石的位错演化机制及其失效行为。研究结果表明:采用离散位错动力学分析方法能够准确描述PCD的位错运动过程,PCD微粉颗粒尺寸增加会增大晶体位错滑移程度,金刚石颗粒体积分数增加则导致位错形核密度增加,最终将引起聚晶金刚石材料断裂强度下降。将离散位错理论引入到为分析聚晶金刚石位错演化的行为中,将为研究PCD在切削刀具等工程应用中材料的失效行为提供理论基础。     

2219铝合金动态压缩下应变率敏感性行为研究

为了研究2219铝合金的应变率敏感性行为,采用分离式霍普金森冲击压杆装置(SHPB)对两种热处理状态(T4态和T6态)2219铝合金进行了动态压缩实验,并利用金相显微镜(OM)和X射线衍射(XRD)对压缩后的试样进行了显微分析。研究发现两种热处理状态下材料应变率超过2000 s-1时,材料的流动应力显著下降,即出现显著的应变率软化行为。基于应变率敏感性行为随真实应变及应变率的二维等高线图,发现在高应变量、高应变率条件下材料表现出负应变率敏感性行为,流动应力随着应变量与应变率的提升而下降。通过理论计算及微观组织表征,发现温升软化和变形带导致的软化作用,是材料在高应变量、高应变率表现出负应变率敏感性行为的重要原因。     

用扫描电镜直接观察变形材料中的位错结构──[001]取向铜单晶疲劳位错结构的研究

用扫描电镜（SEM）的电了通道讨度（ECC）技术研究了[001]取向铜单晶中的疲劳位错结构结果表明，SEMECC技术不仅可以真实地、全面地显示疲劳位错组态，而且还揭示了表面出现的宏观形变带与位错结构的对应关系.     

基于应变率效应的岩石动态Mohr-Coulomb准则和Hoek-Brown准则研究

在考虑强度准则参数粘聚力c、内摩擦角φ和岩石材料常数m随应变率增加而变化的基础上,分别提出了基于应变率效应的岩石动态Mohr-Coulomb准则和Hoek-Brown准则。花岗岩材料在6种围压下的三轴试验结果表明:当应变率从10~(-4) s~(-1)增加到100 s~(-1)时,粘聚力c和岩石材料常数m均随应变率增加而增加,但是内摩擦角φ则随应变率增加而减小。为此,给出了上述3项参数随应变率变化的函数关系,并在此基础上,分别提出了考虑率效应的动态Mohr-Coulomb准则和Hoek-Brown准则表达式。通过理论计算结果与试验数据的对比,发现动态Mohr-Coulomb准则适应于低围压情况,而动态Hoek-Brown准则在低围压和高围压情况下均适用。     

应变率对泡沫Al-Mg合金压缩性能的影响

在应变率分别为10^-3s^-1,600s^-1和1600s^-1条件下对开孔泡沫Al-Mg合金进行了压缩试验，测量了不同应变率下材料的压缩应力．应变(σ-ε)曲线，研究了应变率的变化对这种Al合金泡沫的压缩性能和吸能性的影响。试验结果表明：这种开孔结构的泡沫Al-Mg合金具有明显的应变率效应，随应变率的提高，其屈服强度和流动应力升高；因此，与静态下相比，动态压缩下的吸能性上升，而对应的应力也随之提高。     

Ti—56Al单晶的形变位错结构及反常屈服机制的研究

应用TEM对Ti-56Al单昌[103]有序畴区位错结构进行研究,并提出修正的钆轧－解钉模型以解释1／2＜110]普通位划不是长而直的纯螺位错及位错碎片不是沿纯螺方向排列等实验现象和反常屈服机制。认为,当TiAl合金中的Al含量较低时,1／2＜110]普通位划控制的反常屈服行为可用Viguier的钉扎－解钉模型解释;当TiAl合金名的Al含量较高时,1／2＜110]普通位划控制的反常屈服行为可用本文提出的修正的钉扎－解钉模型解释。     

基于位错运动的镍基单晶各向异性蠕变寿命预测

对3种不同取向的DD6镍基单晶高温合金进行了980℃下的蠕变试验,结果表明镍基单晶高温合金蠕变失效机理是材料内部微孔洞的萌生与微裂纹的扩展,其本质是由位错运动造成的。采用透射电镜(TEM)对蠕变初期[001]、[111]和[011]3种取向的单晶合金的位错形貌进行观测,发现其分别符合八面体滑移系开动、六面体滑移系开动与两滑移系同时开动的特征。针对上述微观现象,基于晶体塑性理论建立了考虑Orowan效应与位错阻碍效应的蠕变本构模型与蠕变损伤模型,并根据试验得到的蠕变曲线拟合了模型参数。该模型的有限元模拟结果与单晶材料的蠕变断口形貌相互印证,解释了单晶蠕变的各向异性的力学行为。     

平面应变压缩技术的研究

介绍一种新型大试样平面应变压缩技术.在总结目前模拟技术不足的基础上,提出了大试样平面应变压缩技术的实验方法,设计了整机的结构,阐述了设备的特点与功能.通过工控机对温度、压力以及位移的数据采集,可 以实现热轧带钢的不同工艺参数模拟.最后以纯铁为实验,实现了大试样多道次平面应变过程.实验表明:这种大 试样平面应变技术能满足材料开发以及工艺优化对组织和力学性能分析的要求.     

AZ91镁合金的动态应力-应变行为及其应变率效应

利用Hopkinson压杆技术对AZ91镁合金进行了冲击压缩实验,分析了该合金在铸态和固溶及时效处理后的动态应力-应变行为及其应变率效应.结果表明：在10^2-10^3s^-1应变率下,随应变率提高,AZ91镁合金在铸态和固溶及时效处理后的应力-应变曲线均具有先升高（正应变率效应）而后下降（负应变率效应）的特性,最大应变也连续增大,且随应变增加,流动应力显著增大.这主要是α-Mg基体的加工硬化、β-Mg17Al12相和Mg-Al-Mn相的晶界强化与沉淀强化、热软化及孔洞或裂纹的产生与发展所致.     

不同应变率下热压缩双辊轧制Mg-5.51Zn-0.49Zr合金动态再结晶的位错机制（英文）

通过X射线衍射仪、光学显微镜和透射电镜研究Mg-5.51Zn-0.49Zr镁合金在热压缩实验中动态再结晶的位错机制。结果表明,当应变速率为1×10~(-3) s~(-1)时,由于位错攀移沿单一方向滑动,合金出现连续动态再结晶;当热压缩温度达到350°C、应变速率为1×10~(-2) s~(-1)时,由于位错发生滑移和攀移,合金出现连续动态再结晶;当热压缩温度达到400°C时,由于亚晶界弓出,合金出现不连续动态再结晶;当应变速率为1×100 s~(-1)时,合金出现连续动态再结晶是由于先导位错在堆积前发生攀移,导致位错在堆积过程中重新排列,形成位错差。一般来说,当应变速率增加时,位错攀移的主要影响机制由空位迁移转变为堆积前先导位错的压应力作用。     

基于位错密度变化的动态再结晶动力学确定方法

文中将动态再结晶动力学方程看作是塑性应变的函数,给出了动态再结晶体积分数与平均位错密度之间的数学表达式,利用动态再结晶体积分数的增量形式,计算再结晶区域晶粒的位错密度,利用Gleeble热压缩实验得到的流变应力曲线,计算平均位错密度。得到一种有别于定量金相法的,快速估算金属材料动态再结晶动力学的方法,运用该方法于普碳钢热压缩实验中,在不同的变形条件下成功获得了其动态再结晶动力学方程,并将结果和先前有关学者所做的研究结果进行比较得出,本文方法用于模拟金属热变形过程中的微观组织演变,其在实验和计算上,可以花更少的时间,却能够获得准确的动态再结晶动力学模型。     

7475铝合金电致超塑性效应中位错运动的动力学分析

在7475铝合金的超塑性变形过程中对试样通以脉冲电流，发现脉冲电流能提高该合金的超塑性变形性能，并使晶内位错呈顺电子流动方向排列的形态。分析认为这种位错形态产生于电子风力对位错运动的促进作用.对于位错电子风力的计算引入了两种方法，这两种计算方法所得出的位错电子风力都与电流密度成正比。