LY12CZ 铝合金超塑性孔洞长大及其对断裂的影响~*

供应状态 LY12CZ 铝合金具有超塑性,平均晶粒尺寸为15.3μm,在490℃,(?)_0=1.67×10~(-4)s~(-1)时,延伸率为346%,m 值为0.52—0.6。该材料为孔洞敏感材料,孔洞长大规律可用本文提出的二阶段孔洞模型描述。同时考虑材料的应变速率敏感性(m)和孔洞长大效应,可从理论上预测该材料的延伸率。     

孔洞敏感超塑性材料变形的数值分析

本文用两种数值方法,非线性长波分析和刚粘塑性有限元方法研究了孔洞敏感的超塑性材料在单向拉伸和园板涨形中的不均匀变形和断裂过程。分析表明,这种过程是不均匀几何失稳与内部孔洞长大的结合与相互作用的结果。材料的应变速率敏感性指数与孔洞长大速率通过不同的变形机理图控制着这种过程。叠加的静水压力能够改变孔洞敏感材料的断裂模式,从常压下没有宏观颈缩的孔洞断裂到无内部孔洞的外部颈缩断裂。     

FCC晶体中孔洞长大行为的研究

为了揭示孔洞在FCC晶体中的长大规律,研究了含圆柱形孔洞的铝单晶试样在平面应变压缩条件下的变形情况,采用EBSD(Electron Backscatter Diffraction)对孔洞周围的不均匀变形以及晶体取向变化进行分析,并通过编制率相关有限元用户子程序,采用晶体有限元模拟了含圆柱形孔洞的铝单晶试样在平面应变压缩条件下的变形。实验结果与模拟结果的对比表明:晶体取向对孔洞的长大行为影响较大;率相关晶体有限元能很好地预测孔洞周围晶体取向的变化,该方法可较好地模拟FCC晶体中孔洞的长大行为,为研究FCC晶体中孔洞的演化以及断裂行为提供了一种有效的分析方法。     

材料参数及静水压力对超塑性胀形影响的数值模拟

本文将含有变形损伤的本构关系引入刚粘塑性有限元程序,用于超塑性胀形的数值分析,讨论了应变速率敏感性,孔洞长大及静水压对极限成形应变的影响,并与文献发表的实验结果进行了比较。     

动态冲击下纯铝中微损伤演化的仿真研究

文章利用二维程序LS-DYNA模拟计算了不同冲击加载应力下微孔洞的演化过程。模拟结果表明,低速冲击加载下,初始孔洞首先在冲击波的作用下逐渐被压缩,直到完全闭合,接着孔洞在反射稀疏波产生的拉伸应力作用下,又逐渐呈近似圆形长大,由于剪切应变的影响,孔洞长大的形状随时间发生变化。在高速冲击加载下,材料中的孔洞在压缩闭合的过程中会出现孔洞塌陷的现象。文中还给出了受冲击加载后孔洞大小的变化曲线,这些现象和结果目前在实验中很难测量到,这些结果对研究含孔材料在动态冲击下的损伤破坏有一定的帮助。     

含孔洞缺陷的单晶α-Ti单轴拉伸下的微观变形机理及力学性能

采用分子动力学方法模拟了含球形孔洞的单晶α-Ti在单轴拉伸载荷作用下孔洞的生长过程和微观力学特性。研究表明,低应变率作用下,材料应力-应变曲线出现四个不同响应阶段:初始线性阶段、急剧下降阶段、快速增长阶段、快速下降至平稳阶段。由模拟结果原子构型图观察得知,对于孔洞赤道附近的锥面〈a〉型滑移系{1101}〈1120〉和{1011}孪生是孔洞生长的主要形式。通过研究模型尺寸、应变率、孔洞体积分数对单晶α-Ti材料力学性能的影响,结果表明:该材料的初始屈服应力随着模型尺寸、孔洞体积分数的增加而减小,随着应变率的增加而增大;杨氏模量只与孔洞体积分数有关,并随着孔洞体积分数的增大而减小。     

单晶γ-TiAl中孔洞位置对裂纹扩展影响的分子动力学模拟

运用分子动力学方法对单晶γ-TiAl合金的裂纹扩展过程进行了研究,分析了不同孔洞位置对裂纹扩展的影响,得到相应的原子轨迹、能量演化以及应力-应变关系。结果表明无孔洞时,裂纹以脆性解理方式快速扩展至材料断裂,能量曲线只有一个波峰;L=1.6nm时裂纹先以脆性解理的方式扩展,孔洞抑制裂纹扩展,孔洞周围发射位错,裂纹以尖端空洞形核、长大成微裂纹,最终微裂纹与主裂纹连接的方式扩展,能量曲线有多个峰值;L=4.8nm时,裂纹初始扩展过程与L=1.6nm时相似,后期未出现空洞形核、长大成微裂纹并与主裂纹结合的现象;另外孔洞距裂尖距离不同,发射第一个位错的方向不同。     

多孔材料剪切局部化中的尺寸效应

微孔洞的尺寸对于孔洞长大率的影响显著,研究了这种尺寸效应在延性材料的塑性流动局部化中的作用。在拓展的Gurson模型基础上,采用Rice提出的一个简单的模型,剪切带内外的材料在发生塑性流动局部化时分别为不同的响应,讨论了孔洞尺寸a和初始孔洞体积百分比f0的影响。结果表明:考虑孔洞尺寸后单轴拉伸曲线变化比较大,但剪切带角度几乎没有变化。     

高应变率下温度对单晶铜拉伸微观变形的影响机理

目的 以单晶铜为研究对象,探究5×109 s^-1高应变率下温度对单晶铜的应力及微观变形的影响,为设计、制备高性能单晶铜导线提供理论依据。方法 运用分子动力学模拟技术,构建尺寸为10.8 nm×10.8 nm×10.8 nm的单晶铜模型,在应变率为5×109 s^-1,温度为100～1 100 K范围内对单晶铜进行x、y、z三轴拉伸,模拟其应力应变、位错密度、晶体结构转变规律,对晶体的有序性和孔洞体积分数的微观结构变化进行研究。结果 随着温度的升高,单晶铜的屈服强度降低,在温度为1 100 K时单晶铜的屈服强度比100 K时降低了约55%,与屈服强度相对应的应变数值会提前约5%。得到了100～1 100 K温度范围内应力-应变曲线,该曲线包括3个阶段,即弹性变形阶段、塑性变形阶段和应力下降阶段。对应力变化的原因进行分析,当应力达到屈服点后,单晶铜内部出现孔洞形核,孔洞快速长大并合并;在变形的同时,晶格结构发生转变,在1 100 K温度时FCC结构全部转变为Other结构;利用径向分布函数对晶格有序性进行分析,发现在高应变下会产生非晶结构。结论 随...     

基于径向基函数的点云岛屿孔洞自动修复

研究了利用点云获得的模型的孔洞修复,针对目前主要通过人工修复带有岛屿面片的孔洞耗时较长的问题,提出了一种基于径向基函数(RBF)自动修复岛屿孔洞的方法。该方法首先利用最小权重三角化法修复模型主体上的孔洞,其次计算模型主体上孔洞与岛屿面片的相关性,利用模型主体上孔洞和与其相关岛屿面片周围点来计算径向基函数,最后将粗修复后细分的点调整到径向基函数描述的曲面上。实验表明,与其他方法相比,该方法能快速、准确地修复缺陷模型。     

2D-C/SiC复合材料开孔件拉伸强度有限元计算

对2D-C/SiC复合材料开孔试件最小净截面图像进行观测,获得试件材料内部宏观孔洞的分布形态及密度分布梯度。通过对2D-C/SiC复合材料拉伸应力-应变行为进行非线性拟合,并利用理论模型计算与实验验证相结合的方法得到了材料密度与其拉伸模量和强度的关系,描述了不同密度2D-C/SiC复合材料的拉伸应力-应变行为。在此基础上,将制备工艺造成的试件材料密度分布的非均匀性和材料拉伸应力-应变行为的非线性引入到有限元模型中,进行开孔试件拉伸剩余强度模拟计算,预测结果与实验结果吻合较好。     

孔洞材料动态破碎的细观机理

采用Ｃ－Ｈ－Ｊ动态微孔长大细观模型研究孔洞材料中的动态破碎的细观机理，导出了微孔动态演化方程及动态破碎尺寸与材料孔隙度的关系，利用本文给出的动态破碎的细观机制可对破甲弹的破甲机理给出合理的解释。     

含切口复合材料层合板拉伸应变集中与失效分析

通过对圆形切口和长条形切口复合材料层合板试件进行拉伸实验,研究中心切口形状对层合板力学性能的影响。根据实验测得的应变分布规律确定切口引起的应变集中,并分析层合板的破坏过程。建立了基于连续刚度退化准则的渐进损伤模型,分析含切口试件的损伤扩展进程。结果表明,渐进损伤分析模型可准确描述含切口层合板的拉伸失效行为;长条形切口引起的应变集中系数较高,但切口附近的应变梯度更大;两种中心切口形式的复合材料层合板损伤进程有较大差异,但两者的拉伸强度较为接近。     

金属基复合材料细观损伤机制与宏观性质关系的研究

通过将作者发展的广义自洽有限元迭代平均化方法同用于描述金属塑性损伤的Gurson本构模型相结合, 对SiC 增强A l₅₄₅₆的细观损伤机制与其宏观性质的关系进行了参数研究。金属基体的细观损伤机制包括两种形式, 增强相与金属基体之间界面的脱开及基体内孔洞的成核、长大与汇合。结果表明, 界面的脱开增大了金属基复合材料的塑性, 但导致了增强相增强作用的降低。      

基于塑性理论的形状记忆合金本构模型、试验和数值模拟

通过拉伸试验,研究了超弹性形状记忆合金（SMA）丝在不同应变幅值反复加卸载条件下的滞回变形行为。在测得试验数据的基础上,针对目前广泛使用的SMA Graesser＆Cozzarelli模型仅描述了小应变情况下SMA特性,而在大应变下SMA马氏体的硬化特性不能得到描述的问题,提出了修正的SMA本构模型,并把模型拟合结果和实验数据进行了比较分析。结果表明,模型数值拟合结果和试验数据吻合很好,可以很好地描述SMA在不同应变幅值下的应力-应变关系;且模型形式简单,概念明确,参数容易得到,具有一定的工程应用价值。     

双相合金超塑性变形晶粒长大的模式

由应变促进晶粒长大是双相(α+β)合金超塑性变形中的重要组织效应。晶粒长大的驱动力来自界面滑动而造成的界面能升高。由于双相合金各界面的易动性和迁移性的不同,致使β相以晶界迁移的方式长大;α相以相遇合并的方式长大。两相晶粒的长大规律均符合下式: d=Aε~B+d_0 本文提出一个双相合金超塑性变形晶粒长大模型。     

低碳钢奥氏体再结晶模型的建立

为了描述低碳钢变形过程的组织演化,建立了一套完整的奥氏体动态再结晶、静态再结晶、亚动态再结晶模型.本文利用Gleeble试验机研究不同初始晶粒度、变形温度、应变和应变速率对奥氏体再结晶量和晶粒尺寸变化的影响.流变应力模型考虑了变形条件对模型系数的影响.利用测得的应力-应变曲线及晶粒度由多元非线性回归得出了奥氏体再结晶模型系数,并且由模型计算的峰值应变、稳定应变、硬化区流变应力、再结晶体积分数、晶粒尺寸和实际接近.     

应力三维度在层裂中的应用初探

探讨了应力三维度用于层裂分析的必要性和可能性。结合体胞模型的尺寸无关性特征,讨论了高应变率下高应力三维度对孔洞扩展影响的数值模拟方法。在此基础上,对轴对称体胞在不同的应力三维度下孔洞扩展进行了数值模拟。结果表明:宏观定义的等效应力-等效应变关系、孔洞体积分数与球应力关系不存在单值对应关系,它与应力三维度密切相关,因而,以应变等价原理为基石构建的含损伤本构或者状态方程在推广到其它应力状态时存在一定的局限,特别是以空心球模型在球对称应力加载下获得的含损伤本构和状态方程不能用于其它非球对称应力状态下的损伤演化。     

圆形孔洞结构岩体冲击响应识别实验模拟研究

孔洞是地质和岩石工程中常见的结构,为了模拟孔洞结构岩体在高速冲击荷载下的响应特征,设计和加工了孔洞结构的花岗岩体试样,采用改进的冲击动力学测试模拟系统,在不同冲击能下,在垂直和平行孔洞轴线方向对孔洞结构花岗岩体进行渐进式循环冲击模拟试验,对实验杆入/反射应力波进行测量。研究表明,峰值反射应力比与冲击能大小无关,但反射应变比能比随冲击能的增大而降低;在低冲击能下,孔洞结构对反射应力波的响应影响不大;随着冲击能的增大,其影响增大;岩体沿孔洞结构的轴线方向发生开裂破坏,与冲击位置无关;在试样开裂后,应变比能显著增高但峰值应力比的变化不大,说明应变比能比可作为岩体结构破坏指示的响应指标。模拟实验为孔洞类岩石结构的钻进识别以及防护设计提供了理论依据。     

莫来石纤维增强SiO_(2)气凝胶复合材料压缩回弹性能实验与建模研究EI北大核心CSCD

对莫来石纤维增强SiO_(2)气凝胶复合材料开展面外方向单轴压缩实验,研究不同极限应变、热暴露温度对压缩回弹行为与变形恢复能力的影响,基于微观结构形貌变化阐释内在机制,对加载和卸载阶段的变形行为建立唯像力学模型。结果表明:莫来石纤维增强SiO_(2)气凝胶复合材料的压缩回弹行为呈现非线性特征,极限应变越大,变形恢复能力越差;高温热暴露预处理会对压缩回弹性能产生影响,热暴露温度越高,变形恢复能力越差,基体颗粒-团簇结构的聚集、大尺寸孔洞的形成和塌陷是主要原因;所建立的唯像力学模型可以用来描述材料在压缩加载-卸载时的应力-应变曲线,拟合结果与实验数据吻合较好。