B2结构Fe3Al单晶室温拉伸变形切应力切应变曲线的取向依赖性

研究了18个取向B2结构Fe3Al单晶室温真空条件下的拉伸塑性变形,发现随晶体取向不同,切应力切应变曲线出现不同数目的线性硬化及抛物线软化阶段.曲线上不同硬化率各阶段的形成与塑性变形中滑移系的数量、次滑移作用的强弱及二分超位错的运动和分解状态有关.第Ⅰ阶段为单系滑移的易滑移段;第Ⅱ阶段对应共轭滑移的出现,硬化率较高;第Ⅲ阶段表现为比较弱的次滑移作用,硬化率较低;第Ⅳ阶段除了多系滑移之外还伴随二分超位错的扩展及拖着反相畴(APB)的不全超位错运动,硬化率最高;第Ⅴ阶段与分解了的单个超分位错的交滑移相关,表现为软化.随拉伸轴取向所处区域不同,切应力切应变曲线硬化段的数目及同一阶段硬化率的大小也不同.     

B2结构Fe3Al单晶室温拉伸变形切应力切应变曲线的取向依赖性

研究了18个取向B2结构Fe₃Al单晶室温真空条件下的拉伸塑性变形, 发现随晶体取向不同, 切应力切应变曲线出现不同数目的线性硬化及抛物线软化阶段. 曲线上不同硬化率各阶段的形成与塑性变形中滑移系的数量、次滑移作用的强弱及二分超位错的运动和分解状态有关. 第Ⅰ阶段为单系滑移的易滑移段; 第Ⅱ阶段对应共轭滑移的出现, 硬化率较高; 第Ⅲ阶段表现为比较弱的次滑移作用, 硬化率较低; 第Ⅳ阶段除了多系滑移之外还伴随二分超位错的扩展及拖着反相畴(APB)的不全超位错运动, 硬化率最高; 第V阶段与分解了的单个超分位错的交滑移相关, 表现为软化. 随拉伸轴取向所处区域不同, 切应力切应变曲线硬化段的数目及同一阶段硬化率的大小也不同.     

B2结构Fe3A1单晶室温拉伸变形切应力切应变曲线的取向依赖性

研究了18个取向B2结构Fe3A1单晶室温真空条件下的拉伸塑性变形，发现随晶体取向不同，切应力切应变曲线出现不同数目的线性硬化及抛物线软化阶段．曲线上不同硬化率各阶段的形成与塑性变形中滑移系的数量、次滑移作用的强弱及二分超位错的运动和分解状态有关．第Ⅰ阶段为单系滑移的易滑移段；第Ⅱ阶段对应共扼滑移的出现，硬化率较高；第Ⅲ阶段表现为比较弱的次滑移作用，硬化率较低；第Ⅳ阶段除了多系滑移之外还伴随二分超位错的扩展及拖着反相畴(APB)的不全超位错运动，硬化率最高；第Ⅴ阶段与分解了的单个超分位错的交滑移相关，表现为软化．随拉伸轴取向所处区域不同，切应力切应变曲线硬化段的数目及同一阶段硬化率的大小也不同．     

高温应变下的亚晶界湮没与位错旋转机制的晶体相场模拟

采用先进的晶体相场模型,分别模拟了不同高温条件下的小角对称倾侧晶界,在施加应变下的晶界分解和亚晶界湮没的过程.研究表明:对于不靠近固-液共存温度的高温(T1)预熔化样品,施加应变下的晶界位错发生滑移运动,生成亚晶界和新的晶粒.随后,具有相反Burgers矢量的位错亚晶界相向运动,新晶粒不断吞噬旧晶粒而长大,最后发生亚晶界相遇湮没,亚晶界和预熔化区域消失,双晶转变为完整单晶.对于靠近固-液共存温度的高温(T2)预熔化样品,在应变作用下,生成的亚晶界相向运动,当接近到一定距离时,形成位错对偶极子,发生亚晶界位错结构二次转换,之后亚晶界运动反向,往回迁移运动,最后与另一列返回的亚晶界相向靠近,相互作用转变成"之"字形的亚晶界,然后湮没消失,整个体系转变为单晶.对于高温T2预熔化亚晶界,在应变作用下,形成位错对偶极子的过程中,偶极子的2个位错对的预熔化区域开始扩张、连通,形成近似棒状区域.这一过程的实质是高温预熔化区内部的原子晶格变软,使得在应变作用下,原子排列可以较容易的发生滑移和扭转变形,发生了不同类型的位错相互作用,出现了位错萌生、形核和增殖,位错分解和湮没等一系列位错反应,由此引起了位错的Burgers矢量方向的改变和亚晶界位错类型交换.     

氢固溶对钛合金超塑性影响的价电子结构分析

钛合金的热氢处理(thermo-hydrogen treatment,THP)可以增加塑性相的体积分数,促进位错运动和降低流动应力,从而改善超塑性性能,有效降低钛合金的热加工难度,目前对钛合金热氢处理作用机理的解释多在晶粒和组织层面,少量电子结构层面的分析也不够明确,无法从本质上解释氢的固溶对α-Ti和β-Ti的致塑机理.本文运用固体与分子经验电子理论(empirical electron theory,EET)研究了氢在α-Ti,β-T_i的不同位置固溶时Ti的价电子结构变化,通过键距差方法(bond length diffrence method,BLD)计算得出了Ti原子间共价键电子对数、键能大小及滑移面间晶格电子密度,指出氢固溶后,滑移系上Ti-Ti键间共价电子对数、键能的明显下降及滑移面间晶格电子密度的增加是钛合金氢致超塑性的重要原因.     

循环变形铜单晶体中宏观形变带形成机制研究的新进展

系统研究了循环变形铜单晶体中的宏观形变带的产生规律和特征以及相应的位错结构,并对其形成机制进行了综合探讨。结果表明,形变带的形成可能与循环加载中产生的晶体不可逆旋转和宏观应力状态密切相关。对于不同取向铜单晶体,形变带可能具有很不要同的位错结构。     

Ag-Cu合金的电子结构

依据特征晶体的能量、晶格常数和电子结构的相关性和OA理论的约束条件 ,确定了Ag Cu系Gibbs能函数、原子体积函数和特征晶体的电子结构 .随后 ,任意成分的无序合金和任意有序度的有序合金的电子结构和性质均可计算求得 .     

对耗散结构中熵的探讨

经典耗散结构对其有序的分析虽然误用了热力学第二定律和无序度的熵,但这掩盖不了耗散结构本身的价值。耗散结构的有序是耗散结构在形成过程中各因子之间形成的相互联系,它是一个宏观整体的概念,反映了系统内部的联系程度,与无序度熵有着本质的区别。对于系统内的桌一粒子、要素、子系统来说是并无有序的概念可言。耗散结构中熵的实质是宏观有序和能量转换,体现的是热力学第一定律。热力学第二定律的使用前提是孤立系统,耗散结构中并不存在孤立的内部系统,无序度熵的引入,严重误导了对熵的本质理解。不能用封闭的、静态的、机械的、线性的观点看待开放的、动态的、有机的、非线性的物理过程。探讨熵的实质。对科学研究的方法和思维有重要意义。     

氧化物陶瓷高速超塑性研究进展

氧化物陶瓷具有优异的性能和广阔的应用前景.由于陶瓷的本征脆性,超塑性成形是陶瓷塑性加工的首选途径.但应变速率较低是制约氧化物陶瓷超塑性加工进一步应用的主要因素.本文综述了氧化物陶瓷高应变速率超塑性的最新研究进展,围绕影响超塑性变形的主要因素,如晶粒尺寸、晶粒长大、晶界扩散、化学键结构、晶界形态及空洞的形核与长大等,综述了提高超塑性应变速率的方法途径,并分析其变形行为及影响机制.     

复合Eshelby模型与铁电陶瓷畴片几何

将畴变的铁电晶粒处理为复合型Eshelby夹杂，定量研究了多晶铁电陶瓷的畴片几何. 所考虑的畴片构形包括自发极化孪晶结构和90°畴变的常规与非常规畴片组合. 确定的参数包括畴片的体积百分比、厚度和表面倾角. 对非常规畴片组合，导出了畴界的错配位错表达式和错配位错能. 所预测的铁电陶瓷畴片几何与在电场下的裂尖畴片实测值基本相符.     

新型弛豫铁电单晶体Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3的形貌与缺陷结构

采用改进的Bridgman法生长出了尺寸达 2 5mm× 2 5mm× 5 0mm的透明的、压电性能十分优异的弛豫铁电单晶体Pb(Mg1/ 3 Nb2 / 3 )O3 PbTiO3 ,其为纯钙钛矿相的三方或四方结构 .这些单晶主要显露 {0 0 1 }面 ,而 [1 1 1 ]方向的生长速度相对较快 .可以利用负离子配位多面体生长基元理论模型解释PMNT单晶的形貌特征与生长习性 .在光学显微镜和SEM下观察到了散射颗粒、气泡及负晶结构等宏观缺陷 .在对结构缺陷形成机制研究的基础上 ,通过调节生长参数 ,可以减少或消除这些缺陷 .用光学显微镜对三方相单晶的 71°或 1 0 9°电畴、四方相单晶的 90°电畴进行了观察 ,发现微畴 宏畴转变可由成分诱导并存在过渡区 ,分析了电畴结构的形成机理及与铁电相变的关系 .     

高混凝土坝空间变形预警指标研究

针对高混凝土坝空间变形预警能力的不足,提出了能度量高混凝土坝整体变形性态的合理表达式,在此基础上,拟定了空间场整体变形熵预警指标.首先,用概率法定义了各变形监测点的有序度和无序度.然后,用投影追踪法研究了各空间测点的权重分布.之后,根据空间场协同有序演变的特点,应用各测点的有序度序列值和权重分布值,构建了能描述混凝土坝整体有序性的空间场整体变形熵表达式.最后,根据计算得到的变形熵序列值,应用小概率法计算了变形熵预警指标.实例分析表明,大坝整体变形熵的变化规律与环境量及挠曲线变化规律相吻合,说明变形熵的表达式是合理的,同时,变形熵预警指标的拟定将有助于提高高混凝土坝的预警能力和安全管理水平.     

土工合成材料加筋土挡墙运行期筋材拉力塑性力学分析方法

土工合成材料加筋土挡墙结构具备优越的力学性能,与此同时,该类支挡结构可大大降低水泥及钢筋用量,从而降低碳排放,对于“碳达峰”“碳中和”具有重要意义.相较于其他支挡结构,加筋土挡墙结构历史较短,现有设计规程中挡墙的设计以稳定校核为主,但加筋土挡墙为柔性结构,其运行期的服役性能非常关键.本文总结了本研究团队10多年来在加筋土挡墙筋材拉力分析方面的研究成果,建立了一套正常荷载作用下筋材拉力的塑性力学分析方法.该方法以加筋土潜在内部滑移面处的筋土协调变形为基础,充分考虑填土非线性应力应变关系、填土塑性变形、筋材长期刚度、主动区填土的力学平衡以及面层的力学平衡,可比较合理地估算直立及倾斜面板加筋土挡墙在运行期的筋材拉力.本文以文献中的加筋土挡墙筋材拉力实测结果和数值模拟分析的结果验证了筋材拉力塑性力学分析方法的有效性.     

铜单晶试样在滑移变形机制下的拉伸颈缩

对FCC铜单晶的方形截面试样在滑移变形机制下的拉伸颈缩过程进行了分析。文中考虑真实的夹持条件和试验中拉伸轴与晶体 [001] 轴方向难以预知的微小偏轴，采用晶体塑性理论及本文第一作者建议的晶体塑性有限变形计算方法对方形截面试样的三维颈缩进行大变形分析。通过与试验比较，证实本文结果合理地描述了铜单晶试样在拉伸作用下的载荷位移关系，并合理地反映了铜单晶试样的颈缩变形形状特点和微小偏轴可能产生的影响。 为了讨论试样截面形状的影响，文中还将单晶铜方形截面试样和圆柱试样的拉伸颈缩作了比较。     

Fe-Mn-C合金中的C-Mn偏聚及其对相变和形变的影响

采用价电子结构理论计算、微观成分的实验测定和TEM原位动态拉伸变形试验,研究了Fe-Mn-C合金中的C-Mn偏聚及其对相变和形变的影响.结果表明,Fe-8Mn-1.2C合金奥氏体中含C-Mn晶胞的n_A值是不含C晶胞的3.98倍,是含C晶胞的1.40倍;含C-Mn晶胞的n_C~D值是含C晶胞的2.21倍;在Fe-Mn-C合金奥氏体中存在C-Mn原子的微观偏聚,并形成了由-C-Mn-C-Mn-强键络相联结的Fe-Mn-C原子团偏聚区;散乱分布于Fe-Mn-C合金奥氏体中的Fe-Mn-C原子团偏聚区能有效地束缚原子的运动、阻滞滑移系的启动和阻碍位错的运动,强烈影响合金的相交和形变行为.     

正反弹道Taylor撞击变形等效性研究

反弹道撞击试验在材料与结构的动力学响应研究领域已有广泛应用,相比正向Taylor试验,反弹道条件下Taylor撞击试验可获得更全面的弹/杆结构响应数据及量化测试结果.为研究正反弹道结构响应的等效性条件,开展不同长径比Taylor杆的正反撞击试验,获得了试件微秒量级的实时动态响应数据.利用数值模拟方法研究了不同撞击速度下结构变形、能量变化与塑性波的传播规律,从能量角度建立了两种撞击条件下结构变形的等效关系,在靶弹质量比大于20的条件下,正反撞击塑性功偏差小于5%.     

面心立方晶体孪生和滑移轴对称共生塑性变形分析

将Bishop-Hill最大功原理拓展于面心立方晶体{111}<112>孪生和{111}<110>滑移两种机制同时起作用的轴对称共生塑性变形过程之中. 系统研究了孪生对滑移不同临界剪切应力之比 对立方晶体标准投影三角形区各晶体取向的屈服应力状态以及相应活化滑移或/和孪生系的影响, 同时分析了取向空间里[100], [110]和[111]三个重要取向的Taylor因子及屈服强度各向异性的变化规律, 从微观晶体塑性理论本质上揭示了轴对称变形情况下拉伸和压缩屈服强度的不对称性; 引入了孪生能力取向因子概念, 建立了轴对称塑性变形取向空间塑性变形机构图. 在此基础上, 定性地解释了低层错能面心立方晶体在轴对称拉伸情况下形变织构的形成演变规律.     

变Al组分AlGaN/GaN结构中的二维电子气迁移率

AlGaN/GaN结构中Al组分对2DEG迁移率有显著的影响,但对这种现象的机理分析非常欠缺,尚不清楚.结合最近研究的实验数据,采用多种散射机制联合作用的解析模型对变Al组分AlGaN/GaN结构中的二维电子气迁移率做了理论计算和分析,所考虑的散射机制包括声学形变势散射、声学波压电散射、极性光学声子散射、合金无序散射、界面粗糙散射、位错散射、调制掺杂远程散射等.发现势垒层Al组分增加引起的2DEG密度增大是造成各种散射作用发生变化的主要因素.77K下2DEG迁移率随Al组分的变化主要是由界面粗糙散射和合金无序散射决定,室温下这种变化则主要由极性光学声子散射和界面粗糙散射决定.计算的界面粗糙度参数与势垒层Al组分的函数关系说明,Al组分增大所造成的应力引起AlGaN/GaN界面粗糙度增大,是界面粗糙散射限制高Al异质结2DEG迁移率的一个重要因素.     

银纳米线初始结构对拉伸形变和断裂分布的影响

采用分子动力学方法模拟了4种初始结构的银纳米线沿[1 1 1]晶向拉伸的行为.考察了初始结构对位错产生和发展的影响,并进一步讨论其与最终断裂位置分布的关系.结果显示,单晶银纳米线的初始位错产生于表面并向两端发展,滑移面到达固定层后受阻,产生反射.应力持续集中于纳米线两端,进而产生颈缩,并最终导致在两端近似对称的断裂分布.与其相比,单孪晶界阻碍滑移发展,缩短了塑性形变的过程.位错在孪晶界迅速聚集形成局域熔融团簇,进而形成颈缩,而体系的其他位置则没有足够的应变响应时间,因此断裂集中在孪晶界,并呈理想的高斯分布.相对能量较高的小尺寸缺陷对纳米线初始位错的产生和发展无明显影响,仅在形变中期起到加强作用.单晶中的小尺寸缺陷没有改变应力分布,其对断裂分布的相对峰高略有影响.含缺陷的孪晶纳米线中,两者相互作用加强了应力集中,使最终断裂位置分布的半峰宽变窄.不同初始结构对金属纳米线的影响呈多样性,其相互作用的强弱也与具体微结构密切相关.     

温度对超塑性拉伸稳定变形影响的力学解析

从应力为应变、应变速率和温度的函数的状态方程出发, 导出包含应变硬化指数、应变速率敏感性指数和本文引入的温度敏感性指数、温度起伏指数, 建立了分析超塑性拉伸载荷稳定变形的微分本构方程和几何稳定变形的变分本构方程, 并根据塑性基本理论的普适条件, 进行了温度连续上升条件下和沿试样轴线存在温度不均匀条件下的载荷稳定变形和几何稳定变形的理论分析. 结果表明温度连续上升的快慢和温度的不均匀的大小对稳定变形有影响, 温度上升越快, 温度越不均匀, 载荷稳定和几何稳定所对应的均匀应变越小; 应变硬化效应是超塑性拉伸变形稳定性的必要条件, 在载荷失稳时并不同时产生几何失稳, 而是能持续一段均匀变形才出现; 在超塑性温度区, 恒温不是呈现超塑性的必要条件, 但是在变形过程中温度上升的越慢, 温度越均匀, 变形的稳定性越好.