仿生结构Ti-Ta金属-金属复合材料的动态力学行为

仿贝壳结构或层状结构材料同时具有高的强度和韧性,是当前材料结构优化的重要设计模型之一。通过粉末冶金与热加工方法制备具有仿生结构特征的Ti-Ta金属-金属复合材料,并研究其动态力学行为。结果表明：仿生界面结构对Ti-Ta复合材料的变形行为具有重要影响,使材料的破坏行为表现为裂纹桥联和局部层裂,在力学变形上也表现出明显的应变速率强化、应变强化以及绝热软化特征。材料的屈服强度随着应变速率的提高而提高;在高应变速率下,随着变形量的增加,流变应力变化得较为平缓。采用改进的Johnson-Cook(J-C)本构模型能很好地描述Ti-Ta复合材料的动态行为,同时发现,Ti-Ta复合材料的应变速率强化指数C远低于纯Ta的,而略低于纯Ti的。     

短纤维／晶须增强金属基复合材料的弹塑性本构关系

研究了短纤维／晶须增强金属基复合材料在弹塑性变形中的应变分布,得到了增强体与基体应变的统计规律、提出了短纤维／晶须增强金属基复合材料的材料模型、导出了相应的弹塑性本构关系,预测了硼酸铝晶须增强Al基([AlBO]w／Al)复合材料单轴拉伸应力应变关系．结果与实验吻合良好。     

纯钼烧结体弹/塑性力学行为研究

采用真空烧结技术制备了不同密度的钼试样,通过在MTS810试验机上进行室温准静态单向压缩试验,研究了在不同的初始密度下,纯钼烧结体压缩变形流变应力的变化规律。建立了流变应力的数学模型以及弹/塑性参数的计算模型。基于可压缩连续体的屈服准则和塑性本构关系,确定了纯钼烧结材料压缩变形的屈服条件及其弹/塑性本构关系。     

Csf/Mg复合材料热压缩流变行为及本构关系

利用Gleeble1500D试验机对真空浸渗法制备的Csf/Mg复合材料进行热压缩试验,研究了在596~696 K,应变速率5×10-3~5×10-1s-1,最大真应变0.6变形条件下的塑性变形力学行为。根据Csf/Mg复合材料热压缩试验数据及其力学行为特征,采用多元非线性回归方法建立了其高温粘塑性力学本构关系模型,克服了以往Arrhenius模型只能计算峰值应力或稳态应力的不足。结果表明,流变应力的预测值与试验值绝对误差平均值为8.95%,相关系数0.9549。     

晶须增强铝基复合材料的热压缩变形行为研究

研究了2vol%Mg2B2O5w/6061铝合金复合材料在热变形过程中,不同变形温度、应变速率下流变应力的变化,并通过计算机拟合建立了热压缩变形本构方程。结果表明,压缩变形过程中复合材料的流变应力随着变形温度的升高而降低,随着应变速率的增大而升高。当应变速率在0.01¹.00/s之间时,材料呈现出动态回复特征。复合材料在热变形过程中的应变速率和流变应力关系符合双曲正弦函数关系。     

晶须增强铝基复合材料的热压缩变形行为研究

研究了2vol%Mg2B2O5w/6061铝合金复合材料在热变形过程中,不同变形温度、应变速率下流变应力的变化,并通过计算机拟合建立了热压缩变形本构方程。结果表明,压缩变形过程中复合材料的流变应力随着变形温度的升高而降低,随着应变速率的增大而升高。当应变速率在0.01~1.00/s之间时,材料呈现出动态回复特征。复合材料在热变形过程中的应变速率和流变应力关系符合双曲正弦函数关系。     

SiCp/Al复合材料纳米压痕/划痕下的脆塑性行为研究

为探究SiCp/Al复合材料中两相材料相互作用引起的力学性能差异,研究微观尺度下法向载荷变化对SiCp/Al复合材料形变和去除的影响。采用纳米压痕实验,基于Oliver-Pharr法测得其硬度和弹性模量,并对其压痕表面进行观察,结合有限元仿真分析产生力学性能差异的原因;同时,根据纳米压痕实验所得力学参数进行变载荷纳米划痕仿真,并配合实验后划痕表面观察结果分析材料的形变和脆塑性行为。结果表明：当金刚石压头作用于SiC颗粒时,颗粒出现破碎和二次压入现象,所测硬度与弹性模量小于单晶SiC的理论值;当金刚石压头作用于基体相时,由于SiC颗粒阻碍基体压入,复合材料的硬度与弹性模量测量结果偏大。在纳米划痕过程中,复合材料的去除形式随载荷变化体现为划擦、耕犁和切削阶段,其中的基体相通过塑性流动产生塑性脊堆积并伴随有涂覆现象,SiC颗粒则以脱黏、断裂破碎和拔出等脆性机制而去除,且SiC颗粒的二次压入、断裂、破碎和拔出是导致复合材料力学性能与单晶SiC的力学性能产生巨大差异的主要原因。随着划痕载荷增加,SiC体积分数为45 %的SiCp/Al复合材料的去除机制更多取决于以塑性去除为主的基体相,而SiC颗粒则主要表现为脆性去除。     

Ag-SnO_2复合材料的热压缩变形行为

采用Gleeble?1500热模拟实验机对Ag-SnO2(10%,质量分数)复合材料进行高温压缩变形实验,分析该材料在变形温度为750~900℃、应变速率为0.01~1 s?1条件下的流变应力变化规律;采用透射电镜(TEM)观察Ag-SnO2(10%)复合材料热压缩变形后的显微组织。采用双曲正弦确定了该材料的变形激活能,建立了以Zener-Hollomon参数描述的高温塑性变形本构模型,并验证了本构模型的准确性。结果表明:变形温度和应变速率均对流变应力有显著影响,流变应力随变形温度升高而减小,随应变速率的增加而增大。动态再结晶和孪晶共同作用是Ag-SnO2复合材料热压缩变形的主要变形机制,随应变速率增加,孪晶数量增多,并形成了二次孪晶。     

纳米颗粒增强镁基复合材料触变塑性成形的本构模型

本文通过分析纳米颗粒增强镁基复合材料触变塑性成形中各种因素（应力 、应变 、应变速率 、温度T、液相分数fL、纳米增强颗粒体积分数fp）之间的关系,以及考虑由纳米颗粒引起Orowan增强机制的影响,提出了一种新的复合材料触变塑性成形本构模型。该本构模型中各参数采用多元非线性回归法而获得。触变塑性成形实验数据与计算结果吻合,表明推导的本构关系可用于纳米颗粒增强镁基复合材料触变塑性成形的数值模拟,并可用来指导该复合材料的触变塑性成形工程实践。     

Constitutive equation with residual hardening effect for modeling the ultrasonic vibration enhanced friction stir welding process

ABSTRACT

A modified acoustic-plastic constitutive model characterising both acoustic softening and residual hardening effects on aluminium alloys is developed and applied into a computational fluid dynamic model for the ultrasonic vibration enhanced friction stir welding (UVeFSW) process. The flow stress and material flow field in UVeFSW are quantitatively analysed. The effect of acoustic residual hardening on the streamlines density at rear advancing side is examined by comparing with that based on the model considering just acoustic softening. The numerical simulation results are experimentally validated, and it is found that the modified constitutive equation improves the prediction accuracy of the flow stress and material flow field in UVeFSW.     

细晶富铝Al/Fe复合材料动态力学性能及本构关系

利用分离式霍普金森杆对通过热压烧结法制备得到的细晶富铝Al/Fe复合材料进行了动态力学性能测试,得到了应变率为100~2300 s-1范围内材料的应力-应变曲线,并与准静态条件下(0.01 s-1)的力学性能作了对比。结果表明:随着应变率增加,材料强度提高,塑性下降,应变率为2300 s-1时的屈服强度与弹性模量分别为准静态时的7.8和2.3倍。对材料断口形貌进行了分析,断裂方式由脆性解理断裂、沿晶断裂和韧窝断裂共同组成。根据试验所得数据,构建了改进型一维弹脆性损伤本构模型,得到了试样断裂失效前的动态本构方程及式中参数的率相关特性。改进后的本构模型与实验数据吻合良好。