一、大块非晶合金复杂应力状态塑性本构方程（论文文献综述）
王敏婷,赵磊,李哲,梁栋,李学通[1]（2021）在《非晶合金微楔横轧超塑性成形研究进展》文中进行了进一步梳理综述了非晶合金的尺寸效应、本构模型、超塑性变形能力、超塑性成形工艺、室温塑性和微楔横轧技术的研究现状,提出了高效生产轴类件的微楔横轧技术,结合基于非晶合金优异的力学性能和过冷液相区的超塑性变形能力一次性成形高强度、高精度非晶合金微型轴类件的研究思路,指出非晶合金在多向复杂变形条件下的本构关系、晶化率与变形参数之间的关系、非晶合金微型轴类件的成形范围、微楔横轧模具设计新准则是实现非晶合金板微楔横轧成形的关键问题。通过正交试验探究了微楔横轧的工艺参数对微型轴类件成形质量的影响规律,并就非晶合金微楔横轧成形工艺的研究路线进行了展望。
赵磊[2]（2021）在《Zr基非晶合金微型轴的微楔横轧成形工艺研究》文中研究指明随着微机电系统、航空航天及生物医学的日益发展,微型轴类件越来越受青睐。微型轴作为典型支撑部件要承受复杂交变载荷的作用,其制造强度、精度和效率决定整个微机电系统的应用前景。非晶合金具有长程无序、短程有序的结构使它在力学、物理和化学拥有巨大应用潜力,而内部无“晶粒尺寸效应”,热胀系数小也使它在热塑性成形中能充足保证产品精度,是制造微型轴的理想材料。与此同时,板式微楔横轧具有高效率、材料利用率高和产品种类多等优点。基于此,根据非晶合金在过冷液相区超塑性变形能力,并结合板式微楔横轧一次性成形特点,本文提出非晶合金的热塑性微楔横轧工艺。首先,通过X射线衍射分析、差示扫描量热仪和Gleeble3800热模拟试验机等设备,探索了Zr35Ti30Be26.75Cu8.25非晶合金的微观结构、热性能参数和超塑性变形性能。在过冷液相区高温区段和高应变速率下,研究了温度、应变速率和样品尺寸对流变行为的影响规律。以Maxwell-Pulse模型为基础,通过引入四项尺寸因子,建立了适宜微楔横轧的非晶合金本构模型。对比实验与模拟的位移-载荷曲线,验证了模型的准确性。其次,对微楔横轧的模具进行了优化设计,在模具楔侧面设计了不同类型的直线表面织构,以带动微型轴稳定旋转,并保证成形精度。利用正交试验得到了各工艺参数对微型轴成形质量的影响规律。以尺寸公差和最大主应力为约束条件,针对不同断面收缩率,构建了Zr基非晶合金微型轴的微楔横轧热塑性成形图。最后,分析板式微楔横轧成形Zr35Ti30Be26.75Cu8.25非晶合金在金属流动、应力场、应变场和温度场变化特征,阐述了微型轴的变形机理。研究在微楔横轧成形过程中升温速率对样品微观结构和力学性能的影响规律,揭示了变形过程中的微量升温现象会促进非晶基体向晶化结构转变,但在控制变形参数条件下未使非晶合金产生明显晶化,为接下来的微楔横轧实验提供基础。
李文青[3]（2020）在《应变速率对非晶合金及其复合材料力学行为的影响》文中进行了进一步梳理非晶合金及其复合材料由于具有优异的性能和众多特性而得到了广泛的关注。此类材料在不同应变率下的变形行为在工程应用和基础理论研究中具有重要的意义,学者们对其进行了大量的研究。但是由于研究手段的限制,很多问题无法进行深入和全面的研究。本文首先对材料动态变形主要的表征手段,即传统的分离式霍普金森压杆（SHPB）技术进行大量的改进和创新,主要包括建立SHPB全模型,提出中等应变速率加载和动态变形中断的新方法。其次在此基础上详细研究了应变速率对非晶合金力学行为的影响,包括非晶合金动态力学行为的影响因素、动态压缩强度与断裂行为的关联、宽应变速率范围内的力学行为、高应变速率下的断裂分形行为以及对非晶合金动态中断实验进行了尝试。最后详细研究了 3类不同结构的非晶复合材料在不同应变速率下的力学行为,包括系列CuZr基非晶复合材料、高稳定性β枝晶相增强的TiZr基非晶复合材料和具有应力诱发马氏体转变的TiZr基非晶复合材料。由于SHPB实验技术的复杂性,通常需要通过多次入射波整形试验才能逼近所需的应变速率水平,工作量巨大但效率很低,如果能建立一个SHPB模型,通过模拟实验获得各种实验参数,而后仅进行少量动态加载实验就能直接实现所需的应变率,这样将会大大降低SHPB实验的复杂性。本文对SHPB的三个主要模块,子弹、整形器和试样加载分别进行独立建模,提出了 SHPB模拟方程,理论预测和实验结果符合得很好。提出了一种新的中等应变速率加载方法,利用不同的整形器可以控制入射波的时长,实现了对非晶合金及其复合材料的中等应变速率加载。提出了几种新的SHPB中断实验方法,其中单脉冲加载拓展、改变子弹长度以及特殊整形器设计分别能够实现对不同应变量的中断实验。研究了制备方式和样品尺寸对Ti32.8Zr30.2Ni5.3Cu9Be22.7（ZT3）非晶合金力学性能的影响,结果表明采用翻转制备ZT3在不同应变速率下的力学性能要比喷铸和拔杆的好,同时发现ZT3合金具有显着的尺寸效应,直径较小的ZT3样品在较低应变速率下比大尺寸的性能优异,而大直径的ZT3在较高应变速率下比小尺寸的性能要好。研究了 Zr/Cu 比对不同应变速率下（ZrxCu）87Ni4Al8Nb1（x=1～3,CZX1-G～CZX3-G非晶合金）系列非晶合金力学行为的影响,结果发现随着Cu/Zr比的增加,准静态屈服强度逐渐减低,而动态屈服强度则先减小后增大。对不同应变速率下对CZX1-G、CZX175-G和ZT3非晶合金进行大量测试,结果表明动态压缩强度和断裂面面积都呈现出较大的分散性,但动态压缩强度可以和断裂面面积建立很好的关联,分散性主要归因于不同样品平均初始自由体积浓度的不同,还有SHPB实验引起的应力集中以及动态压缩下对缺陷的高敏感性。对CZX3-G非晶合金室温下在很宽的应变速率范围的力学行为进行表征,发现当应变速率小于临界应变速率时,合金的屈服强度随应变速率缓慢下降,而大于临界应变速率时以很快的速度衰减,提出了一个改进的协同剪切模型,该模型在很宽的应变速率范围内和实验符合得很好。对CZX175-G和ZT3非晶合金在很高的应变速率下的力学行为进行了表征,发现断裂行为呈现明显的分形特征,随着应变速率的增加,两种合金的分形维数均随着应变速率的增加而增加,断裂的碎块中小尺寸的数目所占的比例逐渐增大。最后使用两种方法对ZT3尝试进行动态加载中断实验,由于SHPB控制精度不够和非晶合金的动态塑性过低等原因导致目前无法对非晶合金成功进行动态中断实验。对（ZrxCu）87Ni4A18Nb1（x=1～3,CZX1-C～CZX3-C合金）系列非晶复合材料而言,当非晶基体上析出单一的B2-CuZr相或CuZr2相时,复合材料的准静态强度要比同成分的非晶合金有所提高,而CuZr2相使得复合材料动态强度比同合金成分的非晶合金大幅下降,具有合适大小和体积分数的B2-CuZr相的复合材料在不同应变速率下的强度均比同成分的非晶合金提高近10%。对于具有高β枝晶相稳定性的Ti50.32Zr27.92Cu4.56Ni2.12Be9.08Mo6（M10合金）而言,其动态压缩塑性高达18%,压缩塑性随着应变速率的增加而减小,剪切带随着应变量的增加数目越来越多,不同应变速率下变形前后合金的结构没有发生改变,枝晶的主要变形方式为位错滑移,准静态压缩变形后的位错密度显着高于动态变形,较高动态压缩塑性归因于非晶基体和枝晶相模量匹配得比较好。对具有应力诱发马氏体转变的Ti50.32Zr33.92Cu4.56Ni2.12Be9.08（M0合金）而言,其压缩塑性也随着应变速率的增加而减小,铸态枝晶相的结构为β相加少量ω相,在准静态变形过程中,随着应变量的增加,ω相的含量逐渐减少,β相经马氏体转变成为α"相的比例逐渐增大,而在动态变形过程中,随着应变量的增加,由于高速变形绝热剪切升温导致诱发β相向ω相的转变,导致ω相的含量先减小后增大,变形量的减少导致β相发生马氏体转变转变为α"相的比例没有准静态时多。
赵丹[4]（2020）在《基于分子动力学模拟的非晶合金纳米压痕响应研究》文中指出非晶合金材料是近年来伴随着科技高速发展应运产生的一种新型材料,其基本结构为长程无序排列的金属原子,同时具备金属材料良好塑性、导电特性和玻璃材料耐腐蚀、硬度高的特征,因而在微电子、耐腐蚀涂层、光电催化、微结构材料等领域具有很好的应用前景。无论是作为功能性材料还是结构性材料,非晶合金在工程应用中不可避免地面临复杂的力学环境,使得其变形机制和力学性能研究成为非晶材料科学研究中的重点和热点。其中,非晶材料变形机制和微观结构之间的关联是破解其力学本质的关键。传统力学测试方法采用离位观测手段难以对非晶材料微结构转变和力学行为间关联进行研究。先进观测技术的发展,可实现对非晶材料进行纳米级原位力学测试,并观测材料局部微观结构演变,有力促进了非晶微观力学研究。但此类测试手段对仪器先进度依赖性高、测试成本高、测试环境要求高,面对非晶合金材料多样化参数（如变形速率、温度、剪切带交互）研究的迫切需求十分受限。针对上述非晶合金材料微纳米级别力学性能及变形行为研究的迫切需求,以及原位测试技术先进度依赖高、测试成本高、测试环境苛刻的矛盾,本文采用分子动力学模拟方法,以Cu-Zr二元非晶合金材料为主要研究对象,围绕非晶合金压痕测试响应开展了以下研究工作。（1）建立Cu-Zr二元非晶合金模型,并进行分子动力学压痕模拟。对非晶合金进行二维圆柱和三维球头压痕模拟,通过Hertz接触分析等方法获取两种模拟方式材料屈服强度、弹性模量、硬度等信息,并进行对比。两种压痕模式下得到的力学材料参数基本相同,表明在对非晶合金材料使用球形压头进行压痕测试模拟中,二维模拟在材料力学参数计算中能够取代三维压痕模拟,使用有限的计算资源获取有效物理信息。对非晶合金制备参数以及压痕测试参数进行研究,结果表明非晶合金制备参数,如冷却速率、组分等,主要通过改变非晶材料中主要SRO结构组成和比例,来影响非晶合金力学性能;压痕速率和压头尺寸等测试参数,通过改变非晶合金原子流变特性来影响测得力学参数。（2）使用分子动力学方法对非晶合金在单轴预拉伸/压缩应变下压痕过程进行模拟,研究预应力对非晶合金材料力学性能和变形模式的影响。通过圆柱-平面Hertz接触理论对预应力的影响进行理论分析,并通过压痕区域剪切带形貌变化研究预应力对压痕过程变形模式的影响。研究结果表明,预拉应力对非晶材料压痕的影响高于预压应力:拉应力越大,材料压痕中屈服越早发生,屈服应力越小,硬度也越小;而预压应力对材料压痕的影响有一个临界值,当超出该临界值,预压应力对材料压痕获取力学的影响从“硬化”转为“软化”。另外,预应力的大小同样会影响材料变形过程中剪切带形貌及扩展方式。对材料施加的预应变超出一定范围后,压痕过程中出现单一剪切带自发性扩展行为,材料变形模式由塑性变形转变为剪切带脆性扩展。使用能量法对该模式转变现象进行分析,认为预拉伸/压缩过程中材料积蓄的势能超过剪切带产生所需变形能时,材料在后续压痕中会出现脆性变形。（3）对非晶合金进行循环压痕模拟及熨压-压痕模拟,研究塑形变形对非晶合金压痕力学行为及流变路径的影响。通过循环压痕研究Cu-Zr非晶合金由循环压痕加载导致的硬化行为。在非晶合金循环压痕加载下对比压痕硬度等参数,结果表明循环硬化现象依赖于循环压痕载荷幅度。通过监测von Mises剪切应变,原子轨迹和Voronoi原子体积,发现硬化行为主要是由循环压痕过程中不可逆剪切应变的累积引起的。此外,对温度和加载速率对硬化效应的影响进行研究,在较高温度下,非晶塑形得到改善,同时硬化现象变得更加明显,在较低加载速率下,非晶材料倾向于发生局域化的不均匀性变形,因此硬化现象减弱。对非晶合金进行的熨压处理模拟表明,通过熨压处理可使试件表层或亚表层产生一定剪切形变,从而影响材料表面压痕力学性能。（4）根据非晶合金易脆易断裂的力学特点,设计由Cu-Zr非晶合金层和单晶Cu层组成的复合层材料（ACNL）,以提高非晶材料变形塑形。对ACNL进行并联、串联两方向剪切模拟,结果表明两种变形模式下得到的模拟结果在屈服机制、塑形变形机制以及ACI协同作用上都有区别。在并联剪切变形模式下,ACNL的屈服与晶体层位错滑移的触发相关,其塑形变形由晶体层位错滑移以及非晶层中剪切带变形共同作用;串联剪切变形模式中,材料的屈服强度和塑性变形主要由非晶层决定。改变晶体层与非晶层的比例,研究表明随着晶体层厚度的增加,ACNL两变形模式下剪切弹性模量和剪切强度都有增加,并且由于尺寸效应的影响,ACNL剪切弹性模量的改变并不完全符合复合材料混合规律。另外,对ACNL进行压痕测试模拟表明,晶体层中位错滑移等变形通过ACI很容易影响非晶层中剪切带形成,据此可实现对非晶层材料塑形调控。本文通过分子动力学模拟方法,对非晶合金材料在多样测试环境,以及预应力、预变形等外界载荷因素下压痕响应进行研究,并揭示其在复杂载荷因素下微纳米级微观力学响应及变形机制,为非晶合金及其衍生材料制备研发、测试研究、工程应用提供研究基础。
李鑫鑫[5]（2020）在《粉末致密化原子扩散系数的定量化与数值模拟》文中认为粉末烧结是借助热能把粉末体固结成块体的一种制备技术。致密化在粉末烧结中扮演着重要角色,它直接影响所制备块体的孔隙率、孔分布、缺陷含量尤其是位错密度以及晶粒大小,决定最终块体的结构和服役性能。对于特定合金成分而言,烧结块体的组织结构以及致密度很大程度上取决于粉末物性和工艺参数主导致密化的动力。致密化动力学相关影响因子致密化速率ρ、粘性流动激活能Qvis、应力敏感指数n、变形激活能Qdem均能在一定程度上反映致密化行为及其动力学。但本质上讲,粉末烧结形成的粉末冶金结合是原子扩散的结果。粉末致密化相关的原子扩散系数能够更直接、更准确地描述粉末致密化动力学。因此,科研工作者需关注粉末烧结过程的致密化动力学问题,揭示烧结变量（包括粉末物性和工艺参数）对粉末致密化相关原子扩散系数的内在影响规律,并量化其影响程度,以期达到通过调控烧结变量获取高致密度高性能合金材料。本文将从实验和模拟两方面对比研究晶态和非晶态Ti40.6Zr9.4Cu37.5Ni9.4Sn3.1合金粉末的烧结致密化动力学。在实验层面上,分别建立适用于晶态和非晶态合金粉末致密化原子扩散系数的计算理论框架;并讨论了压力、电流对原子扩散系数理论模型的影响;进而明确粉末物性（粉末粒径及分布、形状、缺陷含量）或烧结工艺参数（压力、电流、加热速率）对粉末致密化原子扩散系数这一致密化动力学因子的影响规律,并定量地阐述原子扩散系数与致密化行为的关联。在模拟层面上,利用二次开发Fortran子程序分别建立晶态和非晶态粉末体烧结的本构方程,通过其烧结过程中密度场、应力场以及温度场分布分析烧结变量对粉末致密化的影响机制。首先,基于Arrhenius方程、扩散蠕变理论、Frenkel模型建立了计算晶态粉末致密化原子扩散系数的理论框架。研究发现球磨Ti40.6Zr9.4Cu37.5Ni9.4Sn3.1晶态合金粉末具有较雾化晶态合金粉末更高的原子扩散系数,而量化的原子扩散系数D值显着高于放射性示踪法的实测值。并进而通过对比两种加热模式（电流模式和无电流模式）的致密化行为,确定了粉末致密化原子扩散系数的差异,证实了电流的电迁移效应可加速晶态粉末致密化原子扩散。此外,将烧结压力视为粉末致密化的外在驱动力,压力相关的原子扩散系数随烧结压力的增大而增大,证实晶态粉末致密化原子扩散系数可用作表征传质能力和控制晶态粉体致密化机理的一个重要致密化动力学参量。其次,基于Arrhenius方程、Stokes-Einstein方程、Frenkel模型建立了计算非晶态粉末致密化原子扩散系数的理论框架。结果表明,球磨非晶态粉末较多的缺陷含量以及加热速率的升高可降低过冷液相区的粘度;颗粒形状的剧烈改变使得粉末间原先的点和线接触变化为线和面接触,极大的增加接触面积;电流对原子的电迁移效应均导致扩散激活能的降低和更大的原子扩散系数D值,其致密化速率也就会较大。压力虽不改变扩散激活能,却影响扩散常数进而增大D值。再次证实粉末致密化原子扩散系数可用作表征传质能力和控制粉体致密化机理的一个重要致密化动力学参量。此外,实验对比非晶/晶态的致密化行为,发现非晶态粉末在其宽过冷液相区内具有超塑性和易成形性。因此,非晶态粉末烧结为粉末冶金制备高致密度、高性能钛合金提供了一个行之有效的途径。再次,结合粉末体椭球形屈服准则、流动法则以及块体的粘塑性应力应变关系建立Ti40.6Zr9.4Cu37.5Ni9.4Sn3.1晶态合金粉末的本构方程。然后,通过二次开发子程序Usermat编写其本构方程εijυp=G/T[sinh（μσeq）]nexp（-Qdef/RT）ρ/σeq[2+ρ2/2Sij+1-ρ2/3ρkkδij]并借助于Ansys实现晶态粉末致密化过程。以第三章中不同压力下雾化粉电-热-力烧结的电流数据为边界条件,得出15、30、45、60MPa下两端电压和热电偶测温处的温度随时间的变化以及温度-位移曲线,均保持与实验测量值较高的吻合度。模拟结果表明压力越大,粉末体内部温度梯度越小,温度分布越均匀,烧结块体的整体致密度均被提高,致密度分布梯度缩小,与粉末体内部温度分布相对应。此外,相较于径向应力σr、角应力σ0以及剪切应力σzr,源自外来载荷的轴向应力σz始终占主导作用,验证了轴向压力可修正粉末致密化原子扩散系数的计算理论模型的可行性。最后,针对非晶态粉末在连续升温过程中经历过冷液相区、非晶晶化区、晶态稳定区这一特性,本文分段建立了不同温度的本构方程。对于过冷液相区而言,结合粉末体椭球形屈服准则、流动法则以及非晶块体在过冷液相区的自由体积模型建立了相应的本构方程εijgυρ=G1εcexp（-G/RT）sinh[σ/3εcexp（-G/RT）η0exp（H/RT）]ρ/σeq[2+ρ2/2sij+1-ρ2/3σkkδij];对于非晶晶化区而言,根据DSC曲线构造不同加热速率下晶化动力学模型,并依据混合法则对过冷液相区和晶态稳定区的本构方程进行加权平均求解Tg≤T≤Tx,εijvp=εij-gυp;Tx≤T≤Tf,εijυρ=（1-Vc）εij-gυρ+Vcεij-cυp;Tf≤T;εijυp=εij-cυp.进而,借助二次开发编写Fortran子程序实现电-热-力非晶态粉末致密化过程。以第四章中不同压力下雾化粉电-热-力烧结的电流数据为边界条件,得出15、30、45、60MPa下两端电压和热电偶测温处的温度随时间的变化以及温度-位移曲线,均保持与实验测量值较高的吻合度,证实了本文提出的非晶态粉末本构方程可描述其电-热-力烧结致密化行为。此外,从模拟得到的粉末体温度场、应力场以及密度场深入揭示压力和温度对非晶态粉末致密化的影响机理,并通过对比研究非晶态和晶态粉末的致密化模拟行为,进一步明确非晶态粉末烧结制备高致密度块体的优势。总之,本文实验研究、理论计算和数值模拟相结合,揭示了粉末物性和工艺参数对非晶态/晶态粉末烧结致密化的影响规律,进而明确了非晶态粉末烧结较晶态粉末烧结对于制备高性能高致密度钛合金的优势所在。
唐晓畅[6]（2019）在《金属玻璃的动态增韧和损伤演化机理》文中研究说明金属玻璃独特的非晶结构使其具有许多优异的力学、物理性能,因而在装甲防护领域拥有广阔的应用前景。为满足这类应用的需求,需要加深对其动态力学性能以及损伤演化规律的认识。本研究通过先进的实验测试、表征手段,结合理论分析和有限元模拟方法,构建了一个耦合非晶塑性和动态孔洞扩展理论的本构模型,实现了对强动载三轴应力状态下金属玻璃的“韧脆转变”行为的模拟,揭示了不同冲击压力下层裂损伤演化模式的转变机制。主要研究内容和结论如下:（1）实验研究基于一级轻气炮开展平板撞击实验,研究金属玻璃及其复合材料的动态力学行为和层裂损伤演化。实验过程中使用激光干涉仪对材料的宏观力学响应进行原位实时监测,并结合扫描电镜、电子背散射衍射、X射线断层扫描等多种表征手段对回收样品进行微细观尺度的分析,并通过进一步的统计分析获取杯锥结构的圆锥角、顶点间距、朝向等特征参量,为分析不同冲击压力下的“韧脆转变”行为提供了有力支持。针对复合材料的研究表明:虽然复合材料的层裂强度低于纯金属玻璃,但其损伤演化速率和终态损伤程度也小于纯金属玻璃。这源自于脆性非晶基体中的韧性晶体颗粒具有的双重作用,颗粒既作为损伤成核源,降低层裂强度;也通过自身多晶结构阻碍裂纹扩展,降低损伤演化速率;其塑性变形同样耗散一部分冲击能量,降低最终的损伤程度。针对纯金属玻璃的研究表明:杯锥结构的顶点作为初始成核源,其空间分布决定了杯锥结构的间距和尺寸。而杯锥结构圆锥面上分布的后续成核源,是在初始成核源激活了圆锥形剪切带后才产生的,并沿剪切带分布。杯锥结构顶点间距的统计结果表明:随冲击速度提升,初始成核源间距随之减小,形成的杯锥结构尺寸也更小。因此,低速与高速下的形貌差异（“韧脆转变”行为）并非来源于低速下成核密度过大引起的应力场相互干扰。（2）理论和模拟研究本研究将材料强度作为桥梁,耦合了自由体积理论和动态孔洞扩展理论,发展出一套适用于描述金属玻璃特殊的层裂损伤演化行为的动态本构模型——非晶塑性-动态孔洞扩展理论。该模型引入动态加载下材料强度的粘性和惯性效应,并进一步考虑了应变软化行为和初始自由体积软化效应,可描述从剪切带形成到孔洞成核、扩展、失稳的过程,着重探讨金属玻璃的动态损伤演化过程在不同时空间尺度下的内在机制。基于此动态本构模型开展的有限元模拟工作,可反演推测得到层裂过程的具体细节,探讨微细观层裂面形貌与宏观动态力学性能间的关联。据此,本研究提出一套较为自恰的假说,用于解释金属玻璃在不同冲击速度下的“韧脆转变”行为:由于非晶体系特殊的剪切膨胀效应,自由体积浓度较大的区域（初始成核源）将首先发生应变软化并卸载应力,并在三轴应力作用下激活圆锥形剪切带。因此,不同冲击速度下的层裂面形貌差异应来源于:低速下应变软化程度不足,未能在初始成核源周围激活圆锥形剪切带,因此后续成核源依然沿垂直于冲击方向的平面分布。而高速下的冲击压力足够激活圆锥形剪切带,后续成核源沿此路径分布,并以孔洞形式成核、扩展、联合、直至最终断裂。此外,金属玻璃的应变软化行为还将使孔洞失稳时刻显着提前,并极大降低层裂强度。在此基础上,冲击压缩带来的初始自由体积软化效应将进一步降低层裂强度。因此,金属玻璃层裂强度随冲击压力变化的复杂规律应是粘性、惯性效应和初始自由体积软化效应综合影响的结果。
黄永江,付武靖,范洪波,孙剑飞[7]（2019）在《非晶合金的塑性成形》文中提出独特的长程无序、短程有序的微观结构使得非晶合金具有优异的力学、物理及化学性能,例如高硬度、高强度、优异的耐腐蚀以及大弹性极限,因此被认为是一种潜在的功能与结构材料,自问世以来一直是最热门的前沿性研究之一,并在体育、电子、航天、航空、军工、能源等领域具有明确而巨大的应用背景。随着制备技术的不断成熟,理论研究的不断深入,非晶合金作为一种性能优异的金属材料将翻开21世纪材料研究新篇章。然而,非晶合金在室温变形过程中呈现室温脆性及应变软化特征,致使其易于发生灾难性断裂,极大地限制了该先进材料的塑性成形。文章综述了非晶合金冷塑性成形及热塑性成形方面的研究进展,证实了非晶合金在多向复杂应力状态下可进行室温塑性成形,在过冷液相区内体现优异的超塑性成形能力,并就非晶合金塑性成形领域今后值得关注的问题进行了展望。
吴晗[8]（2019）在《锆基非晶合金断裂性能的仿真与实验研究》文中提出作为一种新型结构材料,非晶合金在装备中具有广泛的应用前景。这种材料常常会在复杂的应力状态下表现出更多的塑性变形,从而获得不同的机械性能。在本论文中,我们设计、制备了具有不同缺口半径的单边缺口非晶合金样品,在拉应力载荷下进行了测试,并计算了样品的塑性能吸收性能。分析结果表明带有缺口的非晶合金样品比普通的非晶合金样品在断裂前可以释放更多的应变能。相比较而言,普通的非晶合金样品有着更加均匀的应力状态,而带有缺口的非晶合金样品则处于复杂的应力状态之下。因此为了累积更多的应变能,需要更加集中的应力状态以及设计分布更加合理的复杂应力分布状态。为了探究不同复杂应力状态对带有缺口的非晶合金样品的影响,本文使用模拟的方式研究了非晶合金在不同类型热源加载条件下的应力、变形等情况,对复杂应力状态下各个样品应变能的吸收及其影响进行了计算分析。仿真结果表明添加了外部热源的非晶样品由于在冷却过程中产生了残余应力,改变了样品的复杂应力状态,使得样品的最大单元格应变能产生了明显的变化。这表明,给非晶样品添加外部热源会引起新的复杂应力状态,从而改变非晶合金及其构件的性能。进一步的对热应力加载方式的仿真研究表明,缺口附近较少的残余应力分布会导致较高的应变能。本文还对设计样品各个参数的相关性进行了仿真分析。通过模拟表明,在输入参数满足一定分布条件的情况下下,输出参数的分布情况各不相同。仿真表明小范围地变动结构参数不会对样品的应变能产生强烈的影响。而通过研究小范围变动结构参数而引起的样品性能变化规律与实验的研究结果相吻合。
饶威[9]（2019）在《块体金属玻璃及其复合材料变形和失效行为的理论研究》文中认为由于具有独特的长程无序、短程有序亚稳态微结构,块体金属玻璃表现出一系列诸如高强度、高硬度、大的弹性极限等优良的力学性能。然而,由于缺乏硬化机制,块体金属玻璃在室温下的变形过程中极易形成单一的、狭窄的剪切带,进而发生宏观脆性失效。这极大地限制了块体金属玻璃在工程结构中的应用。为了提高其宏观塑性变形能力,不少学者通过引入增韧相制备了块体金属玻璃基复合材料,从而实现了对块体金属玻璃增韧的目的。然而,尽管块体金属玻璃基复合材料的压缩塑性性能相比金属玻璃基体材料已经有了极大的提高,但其拉伸塑性仍然不是十分理想。因此,还需要对块体金属玻璃基复合材料的变形与失效行为进行深入的研究。为此,本文对块体金属玻璃及其复合材料的变形与失效行为开展了如下的系统研究:（1）基于已揭示的块体金属玻璃失效机制及自由体积理论,在连续介质力学框架下构建了考虑失效机制的块体金属玻璃本构模型。建立的本构模型中把纳米孔洞浓度当作内变量,用来描述与块体金属玻璃失效相关的纳米孔洞的形核与汇聚。同时,为了有效地描述块体金属玻璃在拉伸和压缩载荷下的韧脆转换,通过引入应力三轴度,提出了一个适用于不同应力状态的失效判据。随后,还给出了新建立的本构模型的应力积分算法,并将该模型编写成用户材料子程序移植到有限元软件中。最后,基于该模型的有限元实现,通过对块体金属玻璃的变形和失效行为及纳米孔洞浓度演化的预测以及与实验结果的对比,验证了该模型的合理性和有效性。（2）基于上述块体金属玻璃本构模型的简化及其有限元移植,对块体金属玻璃基复合材料的单调拉伸与压缩变形行为展开了系统的有限元模拟,揭示了增韧相的体积分数、形貌和屈服应力对块体金属玻璃基复合材料拉伸与压缩变形行为的影响,为后续块体金属玻璃基复合材料的细观本构模型构建奠定了分析基础。同时,通过对比块体金属玻璃基复合材料总体应力-应变响应和基体内剪切带演化在拉伸与压缩变形过程中的差异,探究了块体金属玻璃基复合材料变形和失效行为的拉压非对称性。（3）结合已有的实验及上述细观有限元模拟结果,对已有的均匀化方法进行拓展,提出了能够合理描述复合材料局部失效的两级均匀化方法。随后,基于该均匀化方法和前面建立的、考虑失效机制的块体金属玻璃本构模型,构建了一个考虑基体相局部失效的块体金属玻璃基复合材料细观本构模型。最后,基于该细观本构模型的数值实现,对含有不同体积分数的内生及外加增韧相的块体金属玻璃基复合材料在单调拉伸和压缩载荷下的变形与失效行为进行了预测,与相应实验结果的对比验证了该模型的有效性和准确性。
王永伟[10]（2017）在《块体金属玻璃本构关系及其多相结构的有限元分析》文中研究说明金属玻璃是通过快速冷却方法获得的非晶态合金,是一种区别于传统晶态金属合金的新型材料。金属玻璃在原子排列上呈现出长程无序,短程有序的结构特点。由于金属玻璃原子排列的特殊性,因此金属玻璃由于具有良好的物理、化学和力学性能,特别是在力学性能方面表现出高的压缩强度、高的断裂韧性、高的疲劳强度等。但其在室温单轴拉伸或压缩时,大多数单相块体金属玻璃表现为无宏观塑性变形的脆性断裂,这严重制约着金属玻璃作为高强度工程材料的应用。为了改善金属玻璃的室温塑性,人们参考晶体材料的塑性提高方法来提高金属玻璃的塑性。比如:表面处理（轧制,喷丸,激光烧蚀表面等）,热处理以及生成复合材料等来提高非晶的塑性。由于晶体与非晶的结构不同,因此其微观变形机制也不同。由于两者的微观变形机制不同,因此适用晶体材料可以提高塑性的方法,不一定对金属玻璃有效。因此研究金属玻璃的变形机制和其对应的变形行为有非常重要的现实意义,对于提高金属玻璃的实验有着很重要的理论指导意义。现有最流行的微观变形机制是Spaepen提出的自由体积理论。自由体积理论将自由体积作为反映材料微观结构的微观变量。金属玻璃的力学性能与其微观结构有着非常紧密的联系,因此不同的初始应力状态或初始自由体积分布对金属玻璃的力学性能的影响。本文主要基于自由体积理论的微观变形机制建立金属玻璃的宏观本构关系并分析其多相结构变形行为。从材料设计的角度理解则是,建立基于自由体积理论的本构关系,以自由体积为材料结构参数,以提高金属玻璃塑性或力学性能为目的的材料设计和材料计算。研究金属玻璃本构关系及其多相结构变形行为,尤其是剪切带的形成和发展过程,对于提高金属玻璃及其多相复合材料的塑性有着非常重要的理论指导意义。本文的主要研究内容包括以下三个方面:第一:基于Spaepen的自由体积理论,结合宏观变形准则（Drucker-Prager屈服准则）,建立大块金属玻璃的弹塑性本构关系。第二:基于单相大块金属玻璃的微观结构,本文首次提出初始自由体积呈现不同统计分布（自由体积的分布极限区间,自由体积的均值,自由体积分布的对称性和自由体积的分布方差）对金属玻璃的力学性能的影响。金属玻璃结构的非均匀性越大越有利于其塑性。第三:基于多相金属玻璃的微观结构对应的初始自由体积的空间非均匀分布,如:渐变式自由体积梯度分布,相分离（phase separation included Spinodal decomposition and Binodal decomposition）等,分析不同的自由体积空间非均匀分布对多相块体金属玻璃的力学性能的影响以及相应剪切带的形成过程（成核-扩展-发展-阻止-分叉-绕行等剪切带发展行为）。通过自由体积的渐变梯度分布可知，对于多相金属玻璃的强化与剪切带的阻止有紧密联系,即自由体积梯度效应（free volume gradienteffect）。Spinodal相解析式的空间分布可知剪切带的形成不仅与最大剪切应力有关,更与自由体积的空间分布有关（微观结构）。分析了自由体积的统计分布作用,Spinodal形貌的角度作用以及内尺寸作用对Spinodal分解金属玻璃复合材料的力学性能影响。其中角度作用（orientation effect）有利于金属玻璃的塑性,而内禀尺寸效应（intrinsic size effect）遵循最小尺寸兼容原则（minimum size compatibility principle）,即当相分离结构的尺寸大于最小剪切带变形尺寸,其相解析内禀尺寸效应不起作用。同时分析Binodal相解析的颗粒增强相的尺寸,体百分比和种类以及金属玻璃基体种类（matrix effect）对多相金属玻璃的力学性能影响。
二、大块非晶合金复杂应力状态塑性本构方程（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、大块非晶合金复杂应力状态塑性本构方程（论文提纲范文）
（1）非晶合金微楔横轧超塑性成形研究进展（论文提纲范文）
| 引言 |
| 1 非晶合金的尺寸效应 |
| 2 非晶合金的超塑性成形研究 |
| 2.1 非晶合金的本构模型研究 |
| 2.2 非晶合金的超塑性成形性能研究 |
| 3 非晶合金的精密加工方法研究 |
| 3.1 非晶合金的超塑性成形工艺研究 |
| 3.2 微楔横轧成形工艺研究 |
| 3.3 非晶合金的微楔横轧超塑性成形工艺研究 |
| 4 改善非晶合金室温塑性的研究 |
| 5 结语 |
（2）Zr基非晶合金微型轴的微楔横轧成形工艺研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源及选题意义 |
| 1.2 非晶合金的尺寸效应研究现状 |
| 1.3 非晶合金在过冷液相区内超塑性变形行为研究进展 |
| 1.3.1 非晶合金的本构模型 |
| 1.3.2 非晶合金的超塑性变形能力 |
| 1.3.3 非晶合金的超塑性成形工艺 |
| 1.4 微楔横轧成形技术研究现状 |
| 1.4.1 微楔横轧技术简介 |
| 1.4.2 微楔横轧技术研究进展 |
| 1.5 本文的主要研究内容 |
| 第2章 Zr基非晶合金的高温高速率流变行为 |
| 2.1 实验材料 |
| 2.2 非晶合金的分析测试 |
| 2.2.1 XRD分析 |
| 2.2.2 DSC热力学参数分析 |
| 2.3 等温晶化实验 |
| 2.4 等温压缩实验 |
| 2.4.1 实验方案 |
| 2.4.2 非晶合金在过冷液相区的流变行为 |
| 2.5 微楔横轧的非晶合金本构模型 |
| 2.5.1 Maxwell-Pulse本构模型 |
| 2.5.2 基于尺寸效应的Maxwell-Pulse本构模型 |
| 2.5.3 材料模型的验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 Zr基非晶合金的微楔横轧模具设计新准则 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 板式微楔横轧的基本理论 |
| 3.2.1 旋转条件 |
| 3.2.2 模具楔形设计原则 |
| 3.3 板式微楔横轧热-力耦合有限元模型 |
| 3.3.1 材料模型 |
| 3.3.2 边界条件 |
| 3.4 板式微楔横轧模具表面织构设计 |
| 3.4.1 模具表面织构形态的设计 |
| 3.4.2 模具各阶段临界摩擦系数 |
| 3.4.3 直线织构参数对微型轴表面质量的影响 |
| 3.4.4 模具表面织构分布设计 |
| 3.5 板式微楔横轧的正交试验 |
| 3.5.1 正交试验方案设计 |
| 3.5.2 正交试验极差分析 |
| 3.6 非晶合金微型轴的微楔横轧热塑性成形图 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 微楔横轧成形过程中Zr基非晶合金微型轴的变形机理 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 微楔横轧成形过程中非晶合金流动规律 |
| 4.3 微楔横轧成形过程中非晶合金应变场分析 |
| 4.3.1 非晶合金微型轴应变场分布特征 |
| 4.3.2 非晶合金微型轴应变曲线分析 |
| 4.4 微楔横轧成形过程中非晶合金应力场分析 |
| 4.4.1 非晶合金微型轴应力场分布特征 |
| 4.4.2 非晶合金微型轴应力曲线分析 |
| 4.4.3 主应力及静水应力分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 微楔横轧成形过程中Zr基非晶合金的热稳定性 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 Zr基非晶合金温度场分布特征 |
| 5.3 各工艺参数对Zr基非晶合金工件温度的影响 |
| 5.3.1 断面收缩率的影响 |
| 5.3.2 成形角的影响 |
| 5.3.3 展宽角的影响 |
| 5.3.4 初始温度的影响 |
| 5.3.5 轧制速度的影响 |
| 5.3.6 工件直径的影响 |
| 5.4 非等温热处理对Zr基非晶合金微观结构的影响 |
| 5.4.1 Zr基非晶合金的非等温热处理工艺 |
| 5.4.2 Zr基非晶合金的微观组织变化 |
| 5.4.3 Zr基非晶合金的热稳定性变化 |
| 5.4.4 Zr基非晶合金的显微硬度变化 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
| 致谢 |
（3）应变速率对非晶合金及其复合材料力学行为的影响（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 非晶合金 |
| 1.1.1 非晶合金简介 |
| 1.1.2 非晶合金的结构 |
| 1.1.3 非晶合金的变形机制 |
| 1.2 非晶合金复合材料 |
| 1.2.1 外加型非晶复合材料 |
| 1.2.2 内生型非晶复合材料 |
| 1.3 非晶合金及其复合材料的动态力学行为 |
| 1.3.1 材料动态力学行为研究方法 |
| 1.3.2 非晶合金在不同应变速率下的力学行为 |
| 1.3.3 非晶复合材料在不同应变速率下的力学行为 |
| 1.3.4 非晶合金及其复合材料动态力学行为研究难点 |
| 1.4 本研究的选题意义与研究内容 |
| 第2章 实验方法 |
| 2.1 材料制备 |
| 2.1.1 原材料配置和合金熔炼 |
| 2.1.2 浇铸成形 |
| 2.1.3 切割磨抛 |
| 2.2 结构表征 |
| 2.3 性能表征 |
| 第3章 分离式霍普金森压杆的一维模型 |
| 3.1 SHPB的理论模型和实验验证 |
| 3.1.1 子弹模型和实验验证 |
| 3.1.2 整形后的入射波模型和实验验证 |
| 3.1.3 SHPB模拟和实验验证 |
| 3.2 利用整形器实现中等应变速率加载 |
| 3.2.1 理论预测整形器实现长脉冲 |
| 3.2.2 长脉冲的分离 |
| 3.2.3 不同整形器实现长脉冲的实验研究 |
| 3.3 SHPB中断实验 |
| 3.3.1 理论预测 |
| 3.3.2 限位块 |
| 3.3.3 单脉冲加载拓展 |
| 3.3.4 控制子弹长度 |
| 3.3.5 特殊的整形器设计 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 应变速率对非晶合金力学行为的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 非晶合金动态力学行为的影响因素 |
| 4.2.1 实验方法 |
| 4.2.2 不同应变速率下非晶合金力学行为的影响因素 |
| 4.2.3 不同应变速率下CuZr基系列非晶合金的力学行为 |
| 4.3 非晶合金动态压缩强度和断裂行为的关联 |
| 4.3.1 实验方法 |
| 4.3.2 不同应变速率下的力学性能 |
| 4.3.3 断裂行为 |
| 4.3.4 压缩强度的Weibull统计 |
| 4.3.5 动态压缩强度与断裂行为之间的关联 |
| 4.3.6 动态压缩强度具有高分散性的原因 |
| 4.4 非晶合金在宽应变速率范围内的力学行为 |
| 4.4.1 实验方法 |
| 4.4.2 实现对非晶合金中高应变速率加载 |
| 4.4.3 不同应变速率下应力应变曲线 |
| 4.4.4 不同应变速率下断裂形貌 |
| 4.4.5 不同应变速率下屈服强度模型预测 |
| 4.5 非晶合金高应变速率下断裂行为的分形研究 |
| 4.5.1 实验方法 |
| 4.5.2 高应变速率下应力应变曲线 |
| 4.5.3 高应变速率下断裂形貌 |
| 4.5.4 碎块质量统计分析 |
| 4.6 非晶合金动态中断实验初探 |
| 4.6.1 实验方法 |
| 4.6.2 实验结果和讨论 |
| 4.7 小结 |
| 第5章 应变速率对非晶复合材料力学行为的影响 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验方法 |
| 5.3 CuZr基系列非晶复合材料在应变速率下的力学行为 |
| 5.3.1 微观结构和热稳定性 |
| 5.3.2 不同应变速率下应力应变曲线 |
| 5.3.3 断口形貌分析 |
| 5.3.4 第二相对复合材料力学性能的影响 |
| 5.4 稳定β枝品相非晶复合材料不同应变速率下的力学行为 |
| 5.4.1 铸态合金的微观结构 |
| 5.4.2 不同应变速率下的应力应变曲线 |
| 5.4.3 加载过程中剪切带演化 |
| 5.4.4 断口形貌分析 |
| 5.4.5 不同应变速率下加载过程中微观结构演化 |
| 5.4.6 具有较大动态压缩塑性的原因 |
| 5.5 亚稳β枝晶相非晶复合材料不同应变速率下的力学行为 |
| 5.5.1 铸态合金的微观结构 |
| 5.5.2 不同应变速率下的应力应变曲线 |
| 5.5.3 剪切带演化和断裂形貌 |
| 5.5.4 不同应变速率下加载过程中微观结构演化 |
| 5.6 小结 |
| 第6章 结论和展望 |
| 6.1 总结论 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文和其他研究成果 |
（4）基于分子动力学模拟的非晶合金纳米压痕响应研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 非晶合金材料发展 |
| 1.2.1 非晶合金的基本结构 |
| 1.2.2 非晶结构基本形变理论 |
| 1.3 非晶合金力学性能研究进展 |
| 1.3.1 非晶合金的力学性能 |
| 1.3.2 非晶合金变形模式 |
| 1.3.3 纳米压痕测试 |
| 1.3.4 压痕作用下非晶合金剪切带 |
| 1.3.5 非晶合金增韧方法及机制 |
| 1.4 分子动力学在非晶合金力学性能分析中的应用 |
| 1.4.1 非晶合金材料的几种主要计算模拟方法 |
| 1.4.2 非晶合金分子动力学研究进展 |
| 1.4.3 非晶合金压痕分子动力学模拟 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第2章 分子动力学基本原理及非晶合金模型 |
| 2.1 分子动力学简介 |
| 2.1.1 基本原理 |
| 2.1.2 分子动力学重要参数和概念 |
| 2.1.3 模拟结果分析方法 |
| 2.2 非晶合金模型构建和原子结构分析 |
| 2.2.1 非晶合金模型构建 |
| 2.2.2 非晶模型的验证和结构分析 |
| 2.2.3 冷却速率对非晶合金结构的影响 |
| 2.2.4 温度对非晶合金结构的影响 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 非晶合金压痕过程的分子动力学模拟 |
| 3.1 非晶合金二维/三维压痕模型构建及对比 |
| 3.1.1 非晶合金压痕模型建立 |
| 3.1.2 Hertz弹性接触理论 |
| 3.1.3 压痕弹性段拟合及屈服点分析 |
| 3.1.4 剪切带对比 |
| 3.2 影响非晶合金力学性能的几个因素 |
| 3.2.1 非晶材料组分和制备冷却速率的影响 |
| 3.2.2 温度的影响 |
| 3.3 压痕参数对非晶合金压痕测试结果的影响 |
| 3.3.1 压痕中加载速率的影响 |
| 3.3.2 压头尺寸的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 预应力对非晶合金压痕影响研究 |
| 4.1 非晶合金的拉伸/压缩模拟 |
| 4.2 预应力下非晶合金压痕的模拟 |
| 4.2.1 预应力对非晶合金微结构的影响 |
| 4.2.2 预应力对压痕弹性接触应力场分布的影响 |
| 4.2.3 预应力压痕模拟结果 |
| 4.2.4 预应力压痕过程剪切带扩展 |
| 4.2.5 压头半径的影响 |
| 4.3 预应力压痕中的脆性行为能量法分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 预塑性变形对非晶合金压痕影响研究 |
| 5.1 循环压痕加载对非晶合金力学性能影响 |
| 5.1.1 模型建立 |
| 5.1.2 循环压痕模拟结果 |
| 5.1.3 硬化行为分析 |
| 5.1.4 温度对硬化现象的影响 |
| 5.1.5 加载速率对硬化现象的影响 |
| 5.2 熨压过程对非晶合金压痕测试的影响 |
| 5.2.1 熨压模型建立 |
| 5.2.2 熨压处理对非晶合金材料表面影响 |
| 5.2.3 熨压处理后非晶合金压痕测试结果 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 非晶合金复合层材料的力学性能及压痕研究 |
| 6.1 非晶-晶体金属复合材料剪切模拟 |
| 6.1.1 ACNL剪切模型建立 |
| 6.1.2 ACI结构分析 |
| 6.1.3 ACNL剪切变形行为的各向异性 |
| 6.1.4 ACI在两种变形模式中作用 |
| 6.1.5 ACNL晶体层厚度比的影响 |
| 6.2 ACNL压痕模拟研究 |
| 6.2.1 ACNL压痕模型建立 |
| 6.2.2 ACNL压痕结果 |
| 6.2.3 压痕协作变形分析 |
| 6.3 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及主要研究成果 |
| 致谢 |
（5）粉末致密化原子扩散系数的定量化与数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 粉末烧结概述 |
| 1.2.1 热—力耦合烧结技术 |
| 1.2.2 热—电—力耦合烧结技术 |
| 1.3 粉末致密化研究现状 |
| 1.3.1 粉末致密化机制研究现状 |
| 1.3.2 粉末致密化动力学相关影响因子研究现状 |
| 1.4 粉末致密化数值模拟研究现状 |
| 1.5 本论文选题背景、研究内容及创新点 |
| 1.5.1 选题背景及意义 |
| 1.5.2 研究内容 |
| 1.5.3 创新点 |
| 1.5.4 技术路线 |
| 1.6 课题来源 |
| 第二章 实验制备、分析方法及有限元模拟法则 |
| 2.1 试样制备 |
| 2.1.1 粉末的制备 |
| 2.1.2 粉体的烧结 |
| 2.2 表征方法 |
| 2.2.1 试样致密度测量 |
| 2.2.2 试样颗粒/晶粒测量 |
| 2.2.3 其他表征手段 |
| 2.3 有限元模拟法则 |
| 2.3.1 金属粉末体的屈服准则 |
| 2.3.2 塑性流动法则 |
| 2.3.3 多场耦合的求解方案 |
| 2.3.4 模型参数的设定 |
| 2.3.5 二次开发子程序的实现 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 钛基晶态粉末烧结相关原子扩散系数的定量化 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 晶态粉末致密化过程中的表观原子扩散系数的模型建立 |
| 3.3 粉末物性对晶态粉末致密化动力学的影响 |
| 3.3.1 综合粉末物性对致密化行为的影响 |
| 3.3.2 综合粉末物性对表观扩散系数的影响 |
| 3.3.3 颗粒尺寸对致密化行为的影响 |
| 3.3.4 颗粒尺寸对表观扩散系数的影响 |
| 3.4 烧结参数对晶态粉末致密化动力学的影响 |
| 3.4.1 压力对致密化行为的影响 |
| 3.4.2 压力相关的表观扩散系数模型建立及其计算 |
| 3.4.3 电流对致密化行为的影响 |
| 3.4.4 电流相关的表观扩散系数模型建立及其计算 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 钛基非晶态粉末烧结相关原子扩散系数的定量化 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 非晶态粉末致密化过程中的表观扩散系数的模型建立 |
| 4.3 粉末物性对非晶态粉末致密化动力学的影响 |
| 4.3.1 综合粉末物性对致密化行为的影响 |
| 4.3.2 综合粉末物性对表观扩散系数的影响 |
| 4.3.3 颗粒形状对致密化行为的影响 |
| 4.3.4 颗粒形状对表观扩散系数的影响 |
| 4.4 烧结参数对非晶态粉末致密化动力学的影响 |
| 4.4.1 压力对致密化行为的影响 |
| 4.4.2 压力相关的表观扩散系数模型建立及其计算 |
| 4.4.3 电流对致密化行为的影响 |
| 4.4.4 电流相关的表观扩散系数模型建立及其计算 |
| 4.5 晶态/非晶态粉末致密化行为的实验对比研究 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 钛基晶态粉末的致密化数值模拟研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 晶态粉末体热粘塑性本构方程 |
| 5.3 多场耦合作用下晶态粉末致密化有限元模拟 |
| 5.3.1 模型和边界条件简介 |
| 5.3.2 晶态粉末烧结温度场和电场的模拟验证 |
| 5.3.3 晶态粉末烧结密度场和应力场分布 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 钛基非晶态粉末的致密化数值模拟研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 非晶过冷态粉末体本构方程 |
| 6.3 非晶晶化段粉末体本构方程 |
| 6.4 多场耦合场作用下非晶态粉末致密化有限元模拟 |
| 6.4.1 模型和边界条件简介 |
| 6.4.2 非晶态粉末烧结温度场和电场的模拟验证 |
| 6.4.3 非晶态粉末烧结密度场和应力场分布 |
| 6.5 晶态/非晶态粉末致密化行为的数值模拟对比研究 |
| 6.6 本章小结 |
| 全文主要结论 |
| 后续工作建议 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附件 |
（6）金属玻璃的动态增韧和损伤演化机理（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 准静态加载下的增韧机制 |
| 1.3.2 冲击压缩下的力学响应 |
| 1.3.3金属玻璃的层裂损伤演化:实验 |
| 1.3.4 韧性金属材料的层裂损伤演化 |
| 1.3.5 金属玻璃的层裂损伤演化:理论/模拟 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 第二章 金属玻璃及其复合材料的动态力学性能 |
| 2.1平板撞击层裂实验 |
| 2.1.1 轻气炮实验操作 |
| 2.1.2 加载、回收和表征分析 |
| 2.2 实验材料说明 |
| 2.3 自由面速度历程 |
| 2.4 层裂面形貌回收表征 |
| 2.4.1 层裂面裂纹形态及分布 |
| 2.4.2 晶体颗粒变形机制 |
| 2.4.3 三维内部损伤情况 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 金属玻璃中的杯锥结构 |
| 3.1 实验材料说明 |
| 3.2 自由面速度历程 |
| 3.3 层裂面形貌回收表征 |
| 3.3.1 不同冲击速度下的形貌差异 |
| 3.3.2 杯锥结构朝向的一致性和倾向性 |
| 3.3.3 形貌差异由来的讨论 |
| 3.3.4 表面元素差异 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 非晶塑性及动态韧性孔洞演化理论介绍 |
| 4.1 基于自由体积理论的非晶塑性模型 |
| 4.1.1 自由体积理论的概念和发展 |
| 4.1.2 非晶塑性流动方程 |
| 4.1.3 数值方法 |
| 4.2 动态损伤演化模型 |
| 4.2.1 基本方程 |
| 4.2.2 孔洞扩展 |
| 4.2.3 孔洞失稳临界应力 |
| 4.2.4 孔洞持续扩展应力 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 金属玻璃的动态拉伸本构模型 |
| 5.1 弹性 |
| 5.2 非晶塑性 |
| 5.2.1 塑性流动方程 |
| 5.2.2 材料强度近似方程 |
| 5.3 动态孔洞扩展 |
| 5.3.1 孔洞扩展速率 |
| 5.3.2 孔洞早期扩展 |
| 5.3.3 孔洞失稳扩展 |
| 5.4 应力-损伤度耦合关系 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 动态损伤演化过程数值模拟:单胞模型 |
| 6.1 计算模型和参数设置 |
| 6.1.1 计算模型 |
| 6.1.2 计算参数 |
| 6.2 自由体积演化本构 |
| 6.2.1 应变软化和初始自由体积软化效应 |
| 6.2.2 粘性效应 |
| 6.3 损伤度演化函数 |
| 6.3.1 应变软化的影响 |
| 6.3.2 惯性效应和粘性效应的影响 |
| 6.3.3 初始自由体积软化的影响 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 动态损伤演化过程数值模拟:平板撞击模型 |
| 7.1 计算模型和参数设置 |
| 7.2 杯锥结构形成的必要条件 |
| 7.2.1 已明确的必要条件 |
| 7.2.2 待检验的必要条件 |
| 7.3 影响层裂强度的因素分析 |
| 7.4 本章小结 |
| 结论和展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附件 |
（7）非晶合金的塑性成形（论文提纲范文）
| 引言 |
| 1 非晶合金的室温塑性成形 |
| 1.1 非晶合金的弯曲成形 |
| 1.2 非晶合金的剪切冲孔成形 |
| 2 非晶合金的高温塑性成形 |
| 2.1 非晶合金的高温弯曲成形 |
| 2.2 非晶合金的高温模锻成形 |
| 3 结论及展望 |
（8）锆基非晶合金断裂性能的仿真与实验研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 非晶合金断裂性能研究 |
| 1.2.1 国内研究现状 |
| 1.2.2 国外复杂应力状态下断裂性能的研究现状 |
| 1.3 仿真理论基础 |
| 1.3.1 仿真软件选择 |
| 1.3.2 相关基础理论 |
| 1.4 本论文的研究主要内容和意义 |
| 1.4.1 本论文研究的主要内容 |
| 1.4.2 本论文的研究意义 |
| 第二章 复杂应力场对非晶合金应变能的影响 |
| 2.1 金属材料断裂性能基础理论 |
| 2.1.1 传统金属材料断裂性能基础理论 |
| 2.1.2 非晶合金的断裂性能基础理论 |
| 2.2 仿真研究 |
| 2.2.1 仿真结果分析 |
| 2.2.2 仿真结论 |
| 2.3 实验研究 |
| 2.3.1 实验结果分析 |
| 2.3.2 实验结论 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 残余热应力对缺口非晶合金样品应变能的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 物理模型的建立 |
| 3.2.1 模型和网格 |
| 3.2.2 材料属性的设置与边界条件的处理 |
| 3.3 计算结果及分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 复杂残余热应力场对非晶合金应变能的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 热应力加载方式的设计 |
| 4.2.1 非晶合金热力学基础理论 |
| 4.2.2 热源加载的设计 |
| 4.3 计算结果及分析 |
| 4.3.1 计算结果 |
| 4.3.2 计算分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 六西格玛分析下非晶合金参数间的联系 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 分析过程的设计 |
| 5.2.1 基本原理 |
| 5.2.2 加载方式的设计 |
| 5.3 计算结果及分析 |
| 5.3.1 计算结果 |
| 5.3.2 计算分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与工作展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 |
（9）块体金属玻璃及其复合材料变形和失效行为的理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 块体金属玻璃及其复合材料简介 |
| 1.2.2 块体金属玻璃及其复合材料变形与失效行为的实验研究 |
| 1.2.3 金属玻璃及其复合材料变形与失效行为的数值模拟 |
| 1.2.4 块体金属玻璃及其复合材料本构模型研究 |
| 1.3 现有研究工作的不足 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 1.5 本文的主要创新点 |
| 第二章 考虑失效机制的块体金属玻璃本构模型 |
| 2.1 块体金属玻璃的失效机制概述 |
| 2.2 考虑失效机制的块体金属玻璃本构模型 |
| 2.2.1 运动学方程 |
| 2.2.2 本构方程 |
| 2.2.3 内变量演化方程 |
| 2.3 块体金属玻璃本构模型的有限元实现 |
| 2.3.1 本构模型的应力积分算法和一致切线模量 |
| 2.3.2 有限元分析的代表性体积单元 |
| 2.4 模拟与讨论 |
| 2.4.1 材料参数确定方法 |
| 2.4.2 变形与局部失效的预测 |
| 2.4.3 局部区域的纳米孔洞浓度演化的预测 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 块体金属玻璃基复合材料单调拉伸和压缩变形的有限元模拟 |
| 3.1 有限元模型 |
| 3.1.1 块体金属玻璃基体的本构模型 |
| 3.1.2 增韧相的本构模型 |
| 3.1.3 有限元分析的代表性体积单元 |
| 3.2 模拟结果 |
| 3.2.1 有限元模型验证 |
| 3.2.2 增韧相体积分数的影响 |
| 3.2.3 增韧相取向的影响 |
| 3.2.4 增韧相形状的影响 |
| 3.2.5 增韧相屈服强度的影响 |
| 3.3 讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 考虑基体局部失效的块体金属玻璃基复合材料细观本构模型 |
| 4.1 块体金属玻璃基复合材料的变形与失效行为概述 |
| 4.2 复合材料细观本构模型 |
| 4.2.1 两相材料的本构模型 |
| 4.2.2 两级均匀化方法 |
| 4.2.3 两相材料的一致性切线模量 |
| 4.3 预测与讨论 |
| 4.3.1 Zr基块体金属玻璃基复合材料变形与失效行为的预测 |
| 4.3.2 含有石墨颗粒的块体金属玻璃基复合材料变形与失效行为的预测 |
| 4.3.3 Ti颗粒增韧Mg基块体金属玻璃基复合材料变形与失效行为的预测 |
| 4.3.4 讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 结论 |
| 创新性 |
| 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录一 简化周期性边界条件可靠性分析 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及参与的科研工作 |
（10）块体金属玻璃本构关系及其多相结构的有限元分析（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 绪论 |
| 2.1 块体金属玻璃的发展 |
| 2.1.1 金属玻璃制备发展 |
| 2.1.2 金属玻璃塑性增强研究进展 |
| 2.2 块体金属玻璃的本构关系研究 |
| 2.2.1 金属玻璃变形行为 |
| 2.2.2 块体金属玻璃的本构关系的研究进展 |
| 2.3 课题的提出和意义 |
| 2.4 论文的主要内容和章节安排 |
| 3 金属玻璃微观变形机制及其弹塑性本构关系 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 金属玻璃微观结构及其变形机制 |
| 3.2.1 金属玻璃的微观结构 |
| 3.2.2 微观变形机制 |
| 3.2.3 自由体积及其非均匀性 |
| 3.3 金属玻璃的本构关系及有限元实现 |
| 3.3.1 金属玻璃的材料屈服准则 |
| 3.3.2 基于自由体积理论的金属玻璃结构模型 |
| 3.3.3 基于自由体积理论的金属玻璃本构关系 |
| 3.3.4 本构关系的积分算法及UMAT实现 |
| 3.4 本章总结 |
| 4 基于Drucker-Prager屈服准则的自由体积理论模型 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 自由体积理论内部参数 |
| 4.2.1 金属玻璃本构关系归一化 |
| 4.2.2 Drucker-Prager屈服准则的内部参数 |
| 4.3 Drucker-Prager屈服准则拉压异性 |
| 4.3.1 金属玻璃的单向拉伸压缩强度极限 |
| 4.3.2 金属玻璃单向拉伸压缩倾角 |
| 4.3.3 金属玻璃的单向拉伸压缩过程自由体积演化 |
| 4.4 Drucker-Prager屈服准则模型与Von Mises屈服准则模型 |
| 4.5 本章总结 |
| 5 单相大块金属玻璃的自由体积统计分布对其力学性能影响 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 自由体积呈β对称分布对金属玻璃的力学性能影响 |
| 5.2.1 β对称分布极限为[0.04,0.06] |
| 5.2.2 β对称分布极限为[0.03,0.07] |
| 5.3 网格划分密度对金属玻璃的力学性能影响 |
| 5.4 外部尺寸效应对金属玻璃力学性能影响 |
| 5.5 均值和方差(非对称β分布)对金属玻璃的力学性能影响[1] |
| 5.5.1 对称β分布的均值对金属玻璃力学性能影响 |
| 5.5.2 非对称β分布均值和方差对金属玻璃力学性能影响 |
| 5.6 均值和方差(非对称β分布)对金属玻璃的力学性能影响[2] |
| 5.6.1 对称β分布的均值对金属玻璃力学性能影响 |
| 5.6.2 非对称β分布均值和方差对金属玻璃力学性能影响 |
| 5.7 本章总结 |
| 6 多相大块金属玻璃的自由体积空间分布对其力学性能影响 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 渐变冷却速率引起的自由体积分布模式 |
| 6.2.1 自由体积统计分布为β(50,50)×0.04+0.03 |
| 6.2.2 自由体积统计分布为β(1,1)×0.04+0.03 |
| 6.2.3 自由体积统计分布为β(0.1,0.1)×0.04+0.03 |
| 6.2.4 自由体积统计分布为β(0.1,0.1)×0.016+0.042 |
| 6.2.5 自由体积梯度效应 |
| 6.3 相解析模式的自由体积分布 |
| 6.3.1 Binodal相分离 |
| 6.3.2 Spinodal相分离 |
| 6.4 本章总结 |
| 7 结论及展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 普通材料的径向返回算法以及本构关系 |
| 附录B 块体金属玻璃的等温本构关系 |
| 附录C 基于Fortran的BMG的本构关系实现 |
| 附录D Abaqus input文件 |
| 附录E 块体金属玻璃的热耦合本构关系(绝热) |
| 附录F 自由体积空间分布代码 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 附件 |
| 学位论文数据集 |
四、大块非晶合金复杂应力状态塑性本构方程（论文参考文献）
- [1]非晶合金微楔横轧超塑性成形研究进展[J]. 王敏婷,赵磊,李哲,梁栋,李学通. 塑性工程学报, 2021(05)
- [2]Zr基非晶合金微型轴的微楔横轧成形工艺研究[D]. 赵磊. 燕山大学, 2021(01)
- [3]应变速率对非晶合金及其复合材料力学行为的影响[D]. 李文青. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [4]基于分子动力学模拟的非晶合金纳米压痕响应研究[D]. 赵丹. 吉林大学, 2020(08)
- [5]粉末致密化原子扩散系数的定量化与数值模拟[D]. 李鑫鑫. 华南理工大学, 2020
- [6]金属玻璃的动态增韧和损伤演化机理[D]. 唐晓畅. 华南理工大学, 2019(06)
- [7]非晶合金的塑性成形[J]. 黄永江,付武靖,范洪波,孙剑飞. 塑性工程学报, 2019(02)
- [8]锆基非晶合金断裂性能的仿真与实验研究[D]. 吴晗. 合肥工业大学, 2019(01)
- [9]块体金属玻璃及其复合材料变形和失效行为的理论研究[D]. 饶威. 西南交通大学, 2019(03)
- [10]块体金属玻璃本构关系及其多相结构的有限元分析[D]. 王永伟. 北京科技大学, 2017(07)