IMECH-IR  > 非线性力学国家重点实验室
金属玻璃和纳米晶体的微结构演化及力学行为研究
Alternative TitleInvestigations of Microstructural Evolution and Mechanical Behavior of Nanocrystalline and Metallic Glass
宿昊
Thesis Advisor王自强
2015
Degree Grantor中国科学院研究生院
Place of Conferral北京
Subtype博士
Degree Discipline固体力学
Abstract与晶体合金不同,金属玻璃(非晶合金)是一种长程无序、短程有序,内部没有晶界、位错等结构的新型金属材料。一般来说,金属玻璃具有比传统材料更高的屈服强度和更好的断裂韧性,因此成为近年来材料物理和材料科学研究的热点。然而迄今为止,有关金属玻璃的内部结构及其演化却没有普遍认同的微观描述,而金属玻璃的变形理论等也缺乏令人信服的力学模型以及相应的本构关系。本论文前五章主要就金属玻璃的以上问题进行一些探讨和研究,在第六章讨论了金属晶体的微结构及其在一定加载条件下的演化,作为比对可以加深对金属玻璃结构和力学行为的理解。 (1) 金属玻璃的微结构表征及演化:用分子动力学方法制备金属玻璃模拟样品, 以Voronoi多面体构型作为内部结构的表征,全程跟踪和统计构型种类和数量的变化,系统地研究降温速率、弛豫、剪切、静水压、弹塑性变形等对内部结构(如正二十面体等)的影响,建立了宏观现象与微观表征的定性关联。 (2) 金属玻璃的力学模型:我们建立了一种含“纳米空隙”的力学模型。对于金属玻璃,“纳米空隙”类似自由体积。它是场量,不是细观空洞,它在金属玻璃中处处存在,而在实验中难以发现,因为它的尺度比原子键尺度还小很多。对金属玻璃,该力学模型是由宏观模型和细观模型组成的。宏观模型是宏观尺度的圆棒轴对称拉伸,而细观模型是细观尺度的圆棒。在横向围压作用下的轴对称拉伸。通过对传统的含空洞介质 Gurson方程加以新的铨释,提出了一套符合金属玻璃变形特点的本构关系。以金属玻璃材料Vitreloy 1 (Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5)为算例的单轴拉伸计算结果表明,由我们提出的本构关系得到的剪切带形成的临界载荷、剪切带角度及强度极限等都能很好地与实验符合。 (3) 金属玻璃的断裂准则:经典的Mises、Tresca强度准则等在预测金属玻璃断裂强度时不够准确,Zhang等提出的椭圆双曲线准则基本和实验符合,但也有疑点,如预测的纯剪强度比实验高。我们发展新的准则,完善了他人的理论,使得预测的拉压剪切强度及角度能够更好地符合实验。 (4) 金属玻璃的纯剪实验:我们设计了四点反对称弯曲试验装置来进行纯剪实验。一方面可以更好地验证本文的断裂准则,另一方面可以对比拉压断面形貌,对金属玻璃的断裂机理有更深入的理解。 (5) 金属纳米晶体的微结构及演化:采用分子动力学方法研究了纳米晶体内部微结构在不同加载条件下的演化。如拉伸与剪切条件下位错和孪晶的演化、切削条件下位错和晶界的演化等,这些晶体微结构的演化与力学行为的关联对金属玻璃结构与力学行为的研究是很有帮助的。
Call Number31258
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/55084
Collection非线性力学国家重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
宿昊. 金属玻璃和纳米晶体的微结构演化及力学行为研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2015.
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