塊體非晶合金及其復(fù)合材料的力學(xué)性能.pdf

1、塊體非晶合金由于其優(yōu)異的力學(xué)性能受到了人們廣泛關(guān)注,是一種極具應(yīng)用前景的結(jié)構(gòu)材料,但其在室溫單軸拉伸或壓縮情況下沒有經(jīng)過明顯的塑性變形而突然發(fā)生失效。為了擴(kuò)展塊體非晶合金的應(yīng)用范圍,人們開始研究把延展性好的材料作為增強(qiáng)相加入到塊體非晶合金中,從而得到塊體非晶合金復(fù)合材料(BAAMCs)。本文借助于納米壓痕技術(shù)測試了Fe-Co-B-Si-Nb-Cr塊體非晶合金的微觀力學(xué)性能,并結(jié)合有限單元方法,對其變形行為進(jìn)行了研究;利用均勻化方法推導(dǎo)了

2、求塊體非晶復(fù)合材料等效彈性參數(shù)的三維有限元格式;研究了鎢纖維增強(qiáng)Zr基塊體非晶合金復(fù)合材料的殘余熱應(yīng)力分布。主要的結(jié)果和結(jié)論如下:
　　(1)在所研究的加載速率范圍內(nèi),{[(Fe0.6 Co0.4)0.75 B0.2 Si0.05]0.96 Nb0.04}96 Cr4塊體非晶合金在塑形變形過程中出現(xiàn)了顯著的鋸齒流變和室溫蠕變現(xiàn)象;隨加載速率的增大,輸入非晶樣品的總能量及塑性變形能與輸入樣品的總能量的比值增大,而非晶樣品的硬度值和儲

3、存的彈性能減小;利用有限單元法,確定了{(lán)[(Fe0.6 Co0.4)0.75 B0.2 Si0.05]0.96 Nb0.04}96 Cr4塊體非晶合金發(fā)生塑形變形的起始點(diǎn)位置,并得到了在最大載荷一定的情況下納米壓入過程中的載荷-位移(P-h)曲線的上下限。
　　(2)假定BAAMCs具有均質(zhì)的宏觀結(jié)構(gòu)和非均質(zhì)的周期性分布的細(xì)觀結(jié)構(gòu),利用均勻化方法,根據(jù)材料周期性特點(diǎn),通過攝動理論建立依賴于兩尺度坐標(biāo)變量而變化的漸進(jìn)位移場,推導(dǎo)出反

4、映BAAMCs細(xì)觀結(jié)構(gòu)的控制方程,并結(jié)合有限元法,數(shù)值模擬得到其宏觀等效彈性模量。將算例得到的等效彈性模量與Voigt方法和Reuss方法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析,證實(shí)了均勻化算法的合理性;均勻化方法是一種具有嚴(yán)格數(shù)學(xué)依據(jù)、高效和實(shí)用的計(jì)算復(fù)合材料三維有效模量的方法,同時該方法還可用來確定BAAMC的成分和微觀應(yīng)力。
　　(3)計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)對比分析表明,在鎢纖維相遵循von Mises屈服準(zhǔn)則情況下,Drucker-Prager