壓敏材料與尺寸相關(guān)的彈塑性分析.pdf

1、經(jīng)典的應(yīng)變梯度塑性理論是以Mises準(zhǔn)則為基礎(chǔ)而建立的,能夠很好地描述金屬材料的尺寸效應(yīng),但是這些理論都忽略了體積膨脹對(duì)于材料塑性行為的影響。對(duì)于塑性變形受到靜水壓力影響的壓敏材料,例如塊狀金屬玻璃(BMGs),利用先前的應(yīng)變梯度理論研究其微尺度力學(xué)性能時(shí)存在較大的偏差。本文針對(duì)壓敏材料尺寸效應(yīng)問題,對(duì)微壓痕響應(yīng)、穩(wěn)態(tài)裂紋擴(kuò)展等方面開展了數(shù)值研究工作。該工作對(duì)此類材料的壓敏和尺寸相關(guān)的塑性變形機(jī)制預(yù)測具有重要的指導(dǎo)意義。主要工作包括:<

2、br>　　(1)通過重新定義體積應(yīng)變與塑性應(yīng)變,對(duì)CMSG理論進(jìn)行了修正,其中考慮了靜水壓力對(duì)于材料塑性行為的影響。并通過ABAQUS提供的UMAT子程序接口建立了相應(yīng)的有限元計(jì)算格式。
　　(2)研究了塊狀金屬玻璃Zr55Cu30Al10Ni5的微壓痕響應(yīng),并分析了不同的壓痕深度、壓敏系數(shù)、摩擦系數(shù)以及壓頭半角對(duì)壓痕響應(yīng)的影響。計(jì)算結(jié)果表明所建立的CMSG理論以及相應(yīng)的有限元格式可以很好地描述塊狀金屬玻璃Zr55Cu30Al10

3、Ni5等一類材料的彈塑性行為,并可以很好地預(yù)測Zr55Cu30Al10Ni5在微尺度下表現(xiàn)出來的壓敏尺寸效應(yīng)。壓敏系數(shù)能提高材料的硬度、彈性恢復(fù)程度和Mises應(yīng)力。小壓痕深度下,摩擦力可以明顯地增強(qiáng)材料的彈性恢復(fù)程度和塑性應(yīng)變梯度,而大壓痕深度下,摩擦力的影響可以忽略不計(jì)。大壓頭半角降低了壓頭載荷,但是增加了材料的塑性變形,擴(kuò)大了塑性區(qū),并且能減弱壓頭周圍的翹起現(xiàn)象。
　　(3)利用修正的CMSG理論研究了塊狀金屬玻璃Zr55C

4、u30Al10Ni5的穩(wěn)態(tài)裂紋擴(kuò)展問題,結(jié)果表明隨著外應(yīng)力的增大,靜水壓力與裂紋尖端等效塑性應(yīng)變梯度增強(qiáng)。Mises應(yīng)力隨著壓敏系數(shù)的增大而增大。
　　(4)在Lu Feng等建立的適用于壓敏材料的MSG流動(dòng)理論的基礎(chǔ)上,建立了MSG本構(gòu)關(guān)系的有限元計(jì)算格式,研究了Zr55Cu30Al10Ni5的微壓痕響應(yīng),并比較了不同壓深下MSG理論與CMSG理論計(jì)算的載荷位移曲線與壓痕硬度。表明壓深較小時(shí),MSG理論計(jì)算的壓頭載荷與壓痕硬度值