考虑孪晶内二次滑移的镁单晶细观本构模型

基于晶体塑性理论,建立了一个考虑滑移、形变孪晶以及孪晶内二次滑移的镁单晶弹-黏塑性细观本构模型,并在有限元软件ABAQUS的用户子程序UMAT中数值实现.利用该模型对镁单晶的室温平面压缩试验进行了模拟,研究了不同加载取向下镁单晶变形机制的演化规律.结果表明:镁单晶的变形机制与取向密切相关,其力学行为表现出强烈的各向异性特征;拉伸孪晶在特定取向下能够提供沿晶粒c方向伸长的变形,并引起晶粒的重取向;在某些变形状态下,当拉伸孪晶达到饱和体积分数后,孪晶内会出现二次滑移.     

超塑性压缩变形的理论计算及比较

本文论述了超塑性压缩变形的粘塑性有限元计算方法,对硬铝压缩变形进行模拟计算,得到变形过程中的速度分布、应变率分布,应变分布、应力分布等一系列变形流动信息; 与计算圆柱体超塑性压缩流动应力的上限法、滑移线法和变分法进行比较.计算表明,有限元法和变分法的结果比较接近实验数据.     

猪笼草捕虫笼超滑表面黏附特性测量和抗黏稳定性分析

利用环境扫描电子显微镜(ESEM)表征红瓶猪笼草叶笼蜡质滑移区表面微观结构.利用手动悬臂移动法在原子力显微镜(AFM)无针尖探针悬臂上黏附15μm二氧化硅微球模拟单根刚毛与猪笼草蜡质区表面的接触,对新鲜蜡质区表面黏附力和摩擦力在干燥空气环境和不同湿度条件的空气环境中做定量测试,并以光滑玻璃和热氯仿处理后的猪笼草表面作为参照.研究结果表明:猪笼草蜡质滑移区表面三维片状蜡质晶体是导致昆虫在植物表面打滑的主要原因,该结构能有效减小微球(或刚毛)与相应接触面的接触面积,从而降低微球(或刚毛)的黏附力和摩擦力.猪笼草蜡质滑移区表面三维片状蜡质晶体能有效排除接触区附近的水蒸气,保证了猪笼草蜡质滑移区在不同的湿度条件下均能保持高效抗黏稳定性.猪笼草蜡质滑移区表面的微构筑模式为微纳机电系统中抗黏附设计提供了绝佳的仿生学模板.     

基于Abaqus摆臂与轴套过盈装配有限元分析

对过盈装配下摆臂与轴套间的松动脱出问题,借助有限元计算软件Abaqus分析了过盈量以及锥度对摆臂与轴套接触区域过盈状态的影响.结果表明:轴套与摆臂过盈装配,在弹性范围内随着过盈量的增加,径向接触压力增大,摩擦力增大;材料进入塑性后,随着过盈量的增加,材料的塑性应变区域不断扩大,而接触面间的接触压力基本保持不变,摩擦力保持不变.在塑性范围内,锥度对轴套和摆臂过盈脱出影响并不明显,主要原因是,锥度引起局部的过盈量增加,导致塑性应变区域扩大,而并未引起接触压力的增大,摩擦力也保持不变.     

超导粉末BSCCO单晶体本构行为

超导粉末B i2S r2C an-1CunO2n 1(BSCCO)的高致密度和强c-轴织构是形成B i-2223/A g高温超导带材较高临界电流密度的关键,传统的塑性理论很难模拟与预测晶体材料BSCCO的各向异性力学行为以及变形过程中的织构演化。采用率相关的晶体塑性理论,针对BSCCO低对称晶体结构的特点,通过在主方向上加运动约束,建立其弹塑性本构模型及数值积分过程,并利用ABAQU S/UM AT子程序进行二次开发,完整构建了基于晶体塑性理论的有限元数值分析平台。利用该平台,分析了双滑移系启动的典型变形模式。模拟结果表明,拉伸变形有助于BSCCO晶体内微裂纹的形成和扩展,而压缩变形则会抑制微裂纹的形成和扩展。     

基于整体结构的纳米晶体材料力学模型

为了系统地分析晶粒尺寸、应变速率和缺陷对纳米晶体材料的影响,提出了1个新的本构模型,运用能量法描述纳米晶体的变形机理、微结构演变和力学行为.在模型中,晶粒和晶界作为一个整体共同承担位错和晶界滑移.通过对纳米晶体Ni在不同应变速率和晶粒尺寸条件下的实验,验证改进模型的可行性.与实验数据对比发现,预测的模型可以用来描述纳米晶体材料的力学性能.     

微尺寸单晶金属应变突变现象的随机有限元分析

微米尺寸单晶柱体的压缩实验发现,在其塑性变形过程中应变会发生突变,致使塑性流动呈现明显的间歇性. 通过随机有限元方法,分析了微米尺寸和块体镍单晶柱体在混合加载方式下的间歇性塑性流动行为. 同时,结合镍单晶柱体的实验数据以及基于经典晶体塑性理论的有限元方法,对近期新建立的理论模型进行了分析研究. 结果表明:新理论模型能够捕捉应变突变的发生;对于块体材料,新模型计算结果与常规晶体塑性有限元结果以及实验结果均比较吻合;当单晶柱体尺寸减小至几十μm左右时,新模型预测结果仍然能够与实验结果保持一致;微柱体的塑性流动是通过一系列的应变突变行为实现的.     

Zr基非晶合金准静态压缩下的多重剪切带行为

利用IUTM和SEM研究了Zr-Ti-Ni-Cu块状非晶合金的准静态单轴压缩变形和断裂行为. 研究表明:该合金的室温压缩变形过程主要表现为弹性和塑性变形,塑性变形阶段没有加工硬化现象. 在准静态压缩条件下Zr基非晶合金表现出多重剪切效应,提高了塑性. 微观研究证明,剪切带的滑移分枝与相互交叉是非晶合金塑性提高的主要机制. 沿着剪切带发现了微空洞和微裂纹,剪切带的形成与自由体积的合并有关. 塑性变形过程中形成脉纹状断口形貌,受力状态的不同脉状花纹表现为不同的形式.     

铜箔轧制滑移系演化的晶体塑性有限元模拟

为了定量描述厚度尺寸对极薄带轧制微观变形不均匀性的影响,采用率相关晶体塑性理论和Voronoi图的多晶模型,考虑试样尺寸,晶体取向及其分布,模拟了不同厚度铜箔在相同压下率条件下的变形行为,得到了在细观尺度上铜箔的微观应力应变和滑移系分布.模拟获得的应力-应变曲线和实验测得的曲线基本一致.通过对20%压下率不同厚度铜箔的轧制变形的研究表明,无论是在晶粒内部还是在晶粒间,材料变形都非常不均匀,主要是由在铜箔厚度方向上只有一层晶粒时,晶粒尺寸、形貌和取向的不均匀分布,近邻晶粒取向差以及滑移系启动特性所引起的.     

牙科氧化锆陶瓷微尺度磨削力研究

基于带有圆弧刃角的圆锥状磨粒形状和突出高度服从瑞利分布的假设，建立单颗磨粒未变形切削厚度数学模型.根据微磨削力的三种不同来源，以单颗磨粒为研究对象，建立磨削过程中单颗磨粒的切削变形力、耕犁力和摩擦力理论模型.结合单位面积内的磨粒数目，建立微磨削力的理论模型.切向磨削力和法向磨削力预测模型的验证结果表明:切向磨削力理论值与实验值平均误差为7.32%，最大误差小于10%；法向磨削力的平均误差为8.18%，最大误差小于20%.     

基于晶体塑性有限元的多晶铜力学行为研究

通过晶体塑性有限元对Voronoi多晶铜的单调拉伸和循环塑性行为进行数值模拟. 单调拉伸的模拟结果发现多晶体的力学响应与晶粒个数相关;试样在拉伸变形中出现45°方向的滑移剪切带和颈缩. 研究结果表明:多晶铜的对称应变循环可呈现出循环硬化和包辛格效应,导致包辛格效应的主要原因是晶间约束产生的残余应力. 在非对称应力循环载荷作用下,平均应力和应力幅值对多晶铜的棘轮行为有显著影响.     

微尺度金属单晶应变突变现象的理论模型

介绍了近期基于特定物理变形机理相继发展的一些应变突变理论模型,重点讲述了微米尺度金属单晶柱体应变突变现象的晶体塑性理论模型.该模型考虑了应变突变幅值的随机性,提出了间歇性塑性流动的边界条件,建立了应变突变发生的判定准则,引入了应变突变持续时间参数,获得了间歇性变形行为的应力-应变关系.有限元计算表明,模型预测结果能够较为合理、准确地描述特征尺寸处于数微米以上的微柱体间歇性塑性流动现象.     

圆柱体坯料超塑性压缩变形力的新计算公式

本文在主应力法的基础上,考虑变形的不均匀性因素,推导出新的圆柱体坯料超塑性压缩载荷计算公式,与原公式相比,其计算值更接近实值.     

轴向预应力对挤压AZ31镁合金自由端扭转力学性能的影响

大塑性变形通常发生在工业实际成形过程中。与单轴拉伸/压缩相比,扭转是研究大变形下力学行为的一种更有效的方法。然而,镁合金大应变扭转的力学响应对初始织构和孪晶很敏感。本文对挤压AZ31合金进行了拉伸和压缩实验,并采用保载和卸载两种方式获取轴向预应力,以引入位错和孪晶。随后,进行了扭转实验以明确孪晶和位错对后续变形响应的影响。在粘塑性自洽（VPSC）模型的基础上探讨了相应的显微组织和变形机制。模拟了实验观察的应力应变响应和极图。研究发现,孪晶对塑性变形的贡献较小,导致在纯扭转和预拉伸后扭转下,织构方向的变化很小。滑移/孪晶系统的活动和力学性能受到不同初始织构和滑移系启动条件的影响。此外,拉伸-扭转应力状态有利于减少织构强度。     

旋转激励环境下摩擦力测试实验装置设计与实验

为了研究平面接触条件下摩擦力在旋转激励环境下的变化,设计了旋转激励环境下摩擦力测试实验装置,并进行了旋转激励载荷对钢-钢平面接触摩擦力的影响实验.该实验装置能够对激振力和激振频率进行精确调节,实现分别研究激振力和激振频率对平面接触摩擦力的影响.对钢-钢平面接触摩擦力的实验表明,相同激振频率下,随着激振力的增大,钢-钢平面接触摩擦力不断减小,且二者成近似线性变化趋势,当激振力达到39.9 N时,钢-钢平面接触摩擦力平均减小88.2%.相同激振力幅值下,随着激振频率的增大,摩擦力整体亦呈现减小的趋势,激振力越大,摩擦力减小越快,激振力幅值对钢-钢平面接触摩擦力影响较大,激振频率次之.     

水平与垂直晶界铜双晶的压缩形貌观察与分析

为了研究晶界方向对铜双晶塑性变形的影响,采用扩散焊方法制备了双晶铜块,通过压缩试验台对水平和垂直晶界方向下的铜双晶进行等形变压缩,对晶界附近变形形貌进行显微观察与分析.结果显示:不同晶界方向对铜双晶的滑移变形有不同的影响;在等压缩形变下,相比于水平晶界双晶体,垂直晶界双晶体滑移线的分布和扩展比水平晶界双晶体的更不均匀,垂直晶界双晶体中晶界附近的应力集中程度更高;垂直晶界双晶体滑移线扩展不连续且有波动性,且孔洞和裂纹数量多于水平晶界,孔洞和裂纹的产生和分布位置更集中于滑移线上或临近滑移线的某一侧.     

退火纯钛板压缩力学性能的各向异性

沿退火纯钛板材轧向(RD 0°)、横向(RD 90°)以及轧制平面内与轧向成45°(RD 45°)等3个方向取圆柱形试样,采用Instron电子拉伸机和分离式Hopkinson压杆,进行准静态和动态压缩实验,获得不同应变率下的应力-应变曲线,计算3个方向的应变率强化效应.研究结果表明:退火纯钛板准静态和动态压缩力学性能均表现出明显的各向异性,其中RD 90°方向屈服强度最大,RD 45°方向次之,RD0°方向屈服强度最小;在较小的应变程度下流变应力也具有同样的规律.不同方向上的应变率强化效应也存在显著差异:RD0°方向最强,RD 45°方向次之,RD 90°方向最弱;基于纯钛{0001}〈11(2)0〉基面和{10(1)0} <1(2)10〉棱柱面滑移微观塑性变形机制,结合晶体塑性变形理论,考虑多晶板材晶体取向分布,定性解释了退火纯钛板压缩力学性能各向异性.     

考虑微凸体弹塑性过渡变形机制的结合面法向接触刚度分形模型

摘要： 基于粗糙表面微凸体变形的连续性和光滑性原理,研究了在法向载荷逐渐增加时的粗糙表面单个微凸体弹塑性过渡变形机制,提出了考虑弹塑性过渡变形机制的结合面微凸体微观接触模型,建立了法向接触载荷和法向接触刚度的数学模型;基于分形几何理论,建立了结合面法向接触刚度的分形模型,并对结合面法向接触刚度进行仿真计算.结果表明：在较小的塑性指数条件下,法向接触载荷与法向接触刚度近似呈线性关系;在较大的塑性指数条件下,法向接触载荷与法向接触刚度呈非线性关系;法向接触刚度随着分形维数和法向接触载荷的增加而增大,随着无量纲分形特征尺度系数的增大而减小;所得结合面法向接触刚度的仿真计算值与铣削加工和磨削加工条件下的实验值较吻合.     

流动应力下降尺度效应的数值模拟

采用率相关晶体塑性本构关系及弹塑性大变形增量有限元方法,通过在晶粒尺寸相同条件下模拟不同尺寸微型铜圆柱体镦粗实验,对流动应力下降尺度效应现象进行了数值模拟研究,获得了与实验及表面层模型较为一致的结果.结果表明,随着坯料尺寸的减小,流动应力逐渐下降;晶体塑性理论能够解释并描述流动应力下降尺度效应现象,并在一定程度上对流动应力下降幅度做出预测.     

基于摩擦滑动的低应力区岩石变形记忆性机理

采用砂岩试样进行岩石记忆性物理实验,描述岩石变形记忆性的基本特征.在物理实验及力学基本原理的基础上,提出在低于微裂纹初始应力以下应力区,变形记忆性的机理为微裂纹和颗粒接触面的摩擦滑动.基于此机理,构建包含Hook体和圣韦南体的基本单元模型,用来模拟单微裂纹或颗粒接触面上的摩擦滑动,对基本单元进行分析.将基本单元组合构建含多接触面的理论模型,对含大量微裂纹及颗粒的岩石进行模拟.研究结果表明:岩石变形记忆性存在于低应力区域;力学模型中的应变差曲线特性与实验曲线特性相吻合,可产生变形记忆性,南此证明微裂纹及颗粒接触面的摩擦滑动可以产生岩石变形记忆性.