研究金属中位错动力学的一个新方法——范性形变过程中内耗及其广义位错动力学模型

一、引言文献中关于金属在范性形变过程中内耗的主要研究结果可以总结为如下两个方面:1.范性形变过程中的大内耗Q_p~(-1)是范性形变的结果.范性形变一旦停止,即使保持载荷不变,内耗也立即下降到约为形变前的背景值;而当再次进行范性形变时,内耗立即恢复到中止形变前的值.所以它是一种运动位错引起的内耗.2.范性形变过程中内耗Q_P~(-1)正比于范性形变速率εp,并因而正比于位错运动的平均速度(?)~([3]),所以Q_p~(-1)必然与位错平均运动速度(?)有关.     

热弹性马氏体相变中的低温内耗峰

采用不完全相变内耗测量法,在Cu-Al-Ni-Mn-Ti合金马氏体相变中获得双内耗峰,即低温内耗峰和高温内耗峰.低温内耗峰位置对应于相对动力学模量的最小值,因此可以认为这个峰起因于模量软化效应;低温内耗峰的最大值与变温速率间呈现出很强的非线性关系,并随着变温速率增大逐渐趋于稳定,说明它的形成与时间有关.     

金属玻璃中与氢有关的内耗

使用Bordoni型的仪器在声频范围内研究了铁镍基金属玻璃的低温含氢内耗,并研究了退火处理对内耗的影响。结果表明低温含氢内耗是Snoek 型弛豫,并观察到了反常模量亏损和反常弛豫强度现象,提出τ缺陷增强 Snoek 弛豫模型解释了反常弛豫强度现象。     

高纯铝在范性形变过程中内耗对频率和速率的响应行为

考虑了位错平均速度V=f(σ)随时间或应变的变化之后,导出了金属在范性形变过程中内耗Q～~(-1)与位错动力学关系式V=f(σ),形变速率ε、测量频率ω、测量振幅σ_A 以及切变模量G 等的关系为(?)此处(?)t、(?)p 分别为扭切应力和拉伸应力的平均取向因子,Г(n)为取正值的积分常数,m 为除0,-1以外的整数。可见,形变过程内耗可能出现正比于(ε/ω)~(2/3)、((?)/ω)~(1/2)、((?)/ω)以及((?)/ω)~2等各种对于ω和(?)的响应行为。而且出现随测量振幅σ_A增大而减小的反常振幅效应内耗。高纯铝在拉伸速率(?)=50×10~(-6)/秒时,形变过程内耗Q~(-1)的实验数据与上式中n=-2时的结果符合得很好.此时的内耗可表示为Q~(-1)=0.245(G/σ_A)β_(-2)((?)/ω)~(1/2)/(V_0~′+β_(-2)ε~(-(1/2)).亦即Q~(-1)正比于((?)/ω)~(1/2).还观测到随着σ_A 的增加而减小的反常振幅效应内耗.高纯铝在恒速拉伸时,当ε>0.5%后,位错的平均速度(?)_0。与形变量ε间的关系可表示为(?)_0=V_0~′+βε~(-(1/2));而运动位错的密度ρ可表示为ρ=(?)/ab(V_0~~′+βε~(-(1/2)).     

热弹性马氏体相变的内耗双峰现象

采用不完全马氏体相变法在0.01～10Hz范围内对CuAlNiMnTi多晶合金原位测量了内耗(IF)和相对动力学模量(RDM)。首次发现在完全马氏体相变中产生的单一相变内耗峰实质上是由两个不同的相变内耗峰叠加而成的,其中高温内耗峰(PH)对应于RDM的快速上升处(拐点),而低温内耗峰(PL)对应于RDM的最小值,峰位均与频率无关,因此属于相变内耗峰。     

La0.7Pb0.3MnO3材料的低频内耗与电磁输运性能

用低频扭摆法在多功能内耗仪上测量了巨磁电阻材料La0.7Pb0.3MnO3(LPMO)的温度内耗谱,所用频率为0.1,0.3,1.0Hz,温度从130～360K.实验结果表明在该材料的居里温度255K附近有一内耗峰并对应有模量软化.通过改变测量频率,发现内耗峰的峰位和模量的下降与频率无关,但改变频率时,其模量软化及内耗峰高度都有所改变,这与热激活型弛豫内耗峰明显不同.结合该材料的交流磁化率和零场电阻R(T)随温度变化的测量结果,表明该内耗峰是由于顺磁到铁磁相变中产生的磁熵所致,而模量的软化则表明伴随着顺磁到铁磁转变的过程,LPMO材料发生了Jahn-Teller晶格畸变.另外我们还研究了LPmO材料在O2气氛中经900℃,2h退火后,电磁输运性能和内耗的变化情况.结果表明,经在O2气氛中退火后的材料,其零场下电阻峰R(T)和交流磁化率曲线右移,居里温度Tc为272K,对应的内耗峰也向高温移动,这是因为氧含量的增加会产生等量的阳离子空位,使Mn4+/Mn3+比率增加,导致了Tc和TMI增高.     

溶质原子在位错芯区内扩散所引起的非线性滞…

应用但错弯结气团模型，通过求解在准静态外力作用下溶质原子的横向漂移和纵向漂移的扩散方程，得出了这种扩散过程所对应的滞弹性蠕变的驰豫强度和弛豫时间，它们和外力的关系是非线性的。进而求出了交变应力下的内耗和模量亏损的近似解析式。     

巨磁电阻材料La0.85MnO3的低频内耗和电磁性能

用低频扭摆法在多功能内耗仪上测量了自掺杂巨磁电阻材料La0.85MnO3的温度内耗谱.结果表明内耗峰位不随频率的变化而变化,但峰高和频率成反比且对应的内耗峰处模量有明显变化,这说明对应的内耗峰处的变化是由某种相变引起的.内耗、电阻及磁化率曲线的对应关系,说明该材料出现了顺磁-铁磁转变和半导体-金属转变,所伴随的结构变化导致了内耗峰的出现.     

18Ni马氏体时效钢内耗的研究

用倒扭摆法测试了18 Ni马氏体时效钢的低频内耗.发现在降温中于165℃附近出现正马氏体相变内耗峯.在升温中于700℃附近出现反马氏体相变内耗峯.内耗峯的高度与T/f(T—温度变化速率,f—振动频率)成线性关系,恒温测量时,相变内耗降为背景值.还观察到相变过程中,切变模量发生软化.我们认为这个内耗是由外加切应力促进或加速接近临界的马氏体胚芽的界面位错滑移所引起.     

含微裂纹岩石的损伤本构模型

岩石中含有许多微裂纹和微空隙,其变形的非线性特征主要是由于这些微裂纹和微空隙闭合、张开和扩展的结果。本文根据损伤理论和有效模量法,考虑这些微缺陷的影响,建立损伤本构方程和损伤演变方程,并将其应用于根据岩石含空隙度不同所提出的三种模型。结果表明,理论曲线和实验曲线吻合。     

变加速直线运动带电黑洞的瞬时辐出度

利用变加速直线运动带电黑洞视界面附近的熵密度,导出黑洞的瞬时辐出度,得到了任一时刻黑洞沿某一方向的瞬时辐出度总是正比于在该方向上黑洞视界温度4次方的结论。导出的广义Stefan-Boltnnann系数不再是一个恒量,而是一个与黑洞视界的变化率、黑洞视界面附近的时空度规及黑洞的吸收与辐射系数有关的一个动比例系数。揭示了黑洞周围的引力场与其热辐射之间存在着必然的内在联系。     

糠醛液相催化加氢反应动力学研究

由糠醛在铜系催化剂上液相加氢动力学的试验数据中计算活化能,并证实了反应速度的大小,在—定条件下与糠醛浓度无关。反应速度正比于氢压的0.55～0.68次方。     

具有初始损伤的混凝土动态轴拉力学性能仿真研究

基于瓦拉文公式与蒙特卡罗方法并采用Matlab语言构建了随机骨料数值模型,在损伤断裂理论基础上通过Python编程语言于砂浆界面、骨料与砂浆界面和骨料界面嵌入黏聚力单元,建立了二级配混凝土黏聚力模型用于描述混凝土中裂纹萌生、扩展、演化和贯通全过程.以建立的细观模型为基础,对不同孔隙率以及不同微裂纹密度混凝土试件进行了不同应变速率下的动态拉伸加载,研究了混凝土动态轴拉力学性能.结果表明：混凝土轴拉峰值应力与孔隙率呈明显非线性关系,下降曲线为对数函数趋势,孔隙率增加后其对混凝土轴拉峰值应力削弱程度降低,具有初始孔隙的混凝土动态抗拉强度随应变速率的增加而提高.具有初始微裂纹混凝土随着微裂纹密度的增加其峰值应力下降,且动态轴拉强度同样具有速率效应.     

强冲击荷载作用下混凝土材料动态力学特性及本构模型

基于连续损伤力学理论、统计细观理论和Perzyna黏塑性本构方程, 构造了一个塑性与损伤相耦合的本构模型来描述混凝土材料在强冲击载荷作用下的应力-应变响应特性. 在该模型中假设: 1) 宏观上混凝土材料是一个均匀连续体, 而从细观分析其内部则包含了大量随机分布的微裂纹和微空洞等损伤缺陷; 2) 混凝土材料的损伤演化是由其内部拉伸应力作用下微裂纹扩展的累积而引起的, 导致了材料强度和刚度的弱化; 3) 随着微空洞的塌陷, 混凝土材料内部产生了不可恢复的塑性变形, 体积模量也相应增加, 将这一过程看作是微空洞损伤的演化发展; 4) 微裂纹和微空洞损伤之间不发生相互作用; 5) 当裂纹扩展累积到一定程度时, 混凝土材料发生粉碎性破坏. 利用实验结果确定模型所需参数, 并将利用该模型得到的模拟曲线与实验测试曲线进行比较, 结果表明两者较一致.     

涤纶高速纺丝速度对纤维结构及性能的影响

在涤纶高速纺丝各种工艺参数中,纺丝速度是决定纤维结构的最重要的因素。预取向丝的动态力学温度谱的α内耗峰,随着纺速增加,呈现规律性的变化。随纺速增加,预取向丝的α内耗峰由峰值较高、峰形尖而窄过渡到峰值较低、峰形钝而宽。随纺速增加,储能模量略有增长,纺速在3000米/分—4000米/分时,出现了迭加的α内耗峰,反映了非晶态两种不同类型的分子链段的运动。密度、双折射和声速等的测试结果,都说明预取向丝随纺速增加从较低的取向和较低的结晶朝较高的取向和较高的结晶的结构变化。这和动态力学试验是极相吻合的。本文还提到,预取向丝的动态力学温度谱的α内耗峰与其储能模量,纤维的力学性质、强度、伸度、屈服应力、初始模量及其他结构参数间有很好的相关性。     

Fe_4Co_(66)V_2Si_8B_(20)金属玻璃结构弛豫和晶化过程中低频内耗的研究

用倒扭摆测试了Fe_4Co_(66)V_2Si_8B_(20)金属玻璃的低频内耗和切变模量.在结构弛豫过程中,激活能有一较宽分布,预退火后,内耗降低;但在预退火温度以下的降温和升温过程中内耗有回复性,用局域结构单元切变变换模型对内耗机制作了讨论.在晶化过程中,发现在540℃附近出现相变内耗峰,峰高与T/f成线性关系,切变模量发生软化,配合DTA测量,进行了分析.     

Fe,Mn—Si—Cr合金中γ→ε马氏体相变及其逆相变的内耗特征

用静电音频内耗仪测试了Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ－Ｃｒ形状记忆合金在－１００￣３００℃温度范围内耗及模量变化,研究了γ→ε马氏体相变及其逆相变的内耗特征。结果表明,γ→ε马氏体相变及其逆相变具有不同的机制,在相变过程中未出现软模现象,可见该合金的层错形核可能无需点阵软化。相变过程中的模量变化归因子于ε相模量高于γ相的模量。     

裂纹的相互作用对于岩石动力行为的影响

岩石作为非均匀介质含有大量的微裂纹,在外载作用下裂纹会相互作用.本文基于岩石的翼状裂纹模型,考虑了正方形裂纹阵列和六边形裂纹阵列两种情况下裂纹的相互作用,利用裂纹的运动方程和加载方程,研究了动力加载下Ⅰ型裂纹之间的相互影响对于岩石动力行为的影响.通过数值分析,定量研究了不同裂纹密度对岩石动力变形和破坏过程的影响.结果表明,裂纹密度越大,裂纹的相互作用越强烈,破坏时加载强度越低,惯性引起材料的轴向附加应力越大.     

三点弯曲试样裂纹撕裂扩展的研究

采用三点弯曲试样,根据撕裂模量理论对裂纹撕裂扩展的稳定性进行了理论及试验研究,得出了适用于对三点弯曲试样施加撕裂模量 T_(app)的计算,该式涉及材料硬化参数、系统柔度及试样几何尺寸等诸方面因素;通过调整系统柔度得到了明显的裂纹稳定扩展和撕裂失稳扩展两种现象,实验结果与撕裂模量理论分析结果相符。     

BaTiO3陶瓷中氧缺位引起的弛豫内耗峰

用弯曲振动法观测到BaTiO3陶瓷中用扭转振动法观测不到的氧缺位导致的弛豫内耗峰及二级相变时的内耗峰和模量极小.这说明振动模式的不同将导致内耗结果的差异,因此,应重新审视以往的内耗研究结果.