基于跨尺度模擬的機械微結構斷裂行為研究.pdf

1、隨著納米科技的飛速發(fā)展,對微納米零件的需求越來越多,同時對其使用性能也提出了很高的要求。受表面效應、量子效應、小尺度效應的影響,機械微結構達到微米甚至納米量級時,微構件斷裂等力學性能與常規(guī)構件表現出很大的差異。因此,加快建立微納米零件的加工和設計理論已成為當前制造業(yè)領域一項很重要的任務。本文借助準連續(xù)介質方法,研究微構件在不同加載下的斷裂特性,這對微構件的力學性能等具有重要的理論價值和現實意義。論文研究工作如下:
　　首先,搭建了

2、準連續(xù)介質仿真平臺,建立拉伸過程的多尺度仿真模型,并通過計算分析了模型的有效性。
　　其次,模擬并分析了單晶銅懸臂梁彎曲過程的尺寸效應及梁彎曲失效原因。研究了梁厚度、跨厚比及晶向設置對兩端固支梁彈性模量等的影響,利用位錯及滑移理論分析了三種不同晶向設置兩端固支梁模型的微觀變形機理。結果發(fā)現,連續(xù)介質理論及其衍生理論對微/納構件已不再適用。懸臂梁的厚度對力學性能影響很大。兩端固支梁的彈性變形階段的彈性模量隨應變的增加而增大,梁的尺寸

3、越小彈性模量增加越快。相同跨厚比下,梁的初始彈性模量是定值,受尺寸效應、表面效應影響不明顯。梁的初始彈性模量、最大撓度、彎曲強度等特性隨梁厚的增大而減小。
　　最后,建立了單晶銅納米桿的壓縮過程多尺度仿真模型,研究了結構尺寸參數對納米桿壓縮力學性能的影響,通過分析納米桿在壓縮變形時的形變、內部應力和應變能的演化規(guī)律,獲得了納米桿壓縮變形及潰裂機制。分析了納米桿在不同壓縮條件下的彈性模量、彈性極限、屈服極限及泊松比等力學特性。結果表