| 一种考虑损伤的应变梯度理论及其应用 |
| 英文题名 | A damage effect-included strain gradient plasticity theory and its application
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| 班昊轩
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| 导师 | 陈少华
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| 2017
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| 学位授予单位 | 中国科学院大学
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| 学位授予地点 | 北京
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| 学位类别 | 硕士
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| 学位专业 | 固体力学
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| 摘要 | 随着微机电系统、微电子封装及先进复合材料制造的快速发展，微尺度材料的设计与制造成为工程界和科学界共同关注的热点问题。系列微尺度实验表明，特征尺度在百纳米到几十微米量级的金属材料，其力学性能呈现明显的尺寸效应。经典塑性理论本构关系不包含任何长度尺度，无法预测微尺度材料力学行为的尺寸效应现象，应变梯度理论作为一种有效手段已被广泛应用。 然而，现有应变梯度理论没有考虑真实材料在服役过程中伴随变形出现的内部损伤，已有应变梯度理论预测结果与实验测量存在一定偏差，尤其是针对微颗粒增强金属基复合材料力学行为的预测。发展考虑损伤的应变梯度塑性理论成为必要，也是科技部材料基因工程重点研发计划中的重要理论需求之一。 本文首先基于连续介质损伤力学理论，将损伤因子引入到Chen-Wang (C-W)应变梯度塑性理论本构，建立了一种损伤及尺寸效应耦合的低阶应变梯度塑性理论模型。其中，应变梯度仅作为内变量影响材料的切向硬化模量，而损伤不仅影响材料的切向硬化模量，且影响材料的内禀长度。新理论模型保留了经典增量型J2形变理论的基本框架，同时服从热力学定律。基于该理论模型，进一步分析了细丝扭转与薄梁弯曲的微尺度实验现象，与实验结果一致。 其次，考虑到微孔洞形核，长大及汇合是材料损伤破坏的主要因素之一，基于经典Rice-Tracey孔洞生长模型，结合C-W应变梯度塑性本构，研究了幂硬化材料中球形微孔洞生长问题，理论模型能有效刻画微孔洞生长率表现出的尺寸依赖性，即微孔洞越小生长越困难。 最后，结合Mori-Tanaka方法与本文的损伤应变梯度理论，解析分析了微颗粒增强金属基复合材料（PMMC）的拉伸及压缩行为。应用应变梯度表征颗粒尺寸对复合材料力学行为的影响，损伤因子刻画变形过程中基体的损伤，同时建立界面脱粘与颗粒模量减小的等价关系，分析了多个典型的微颗粒增强复合材料的拉伸及压缩行为，发现新理论模型能够准确预测颗粒增强金属基复合材料的实验测试结果，包括不同尺寸颗粒增强的不同材料基体的拉伸及压缩实验现象。 |
| 索取号 | Mas2017-001
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| 语种 | 中文
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| 文献类型 | 学位论文
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| 条目标识符 | http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/60381
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| 专题 | 非线性力学国家重点实验室
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推荐引用方式
GB/T 7714 |
班昊轩. 一种考虑损伤的应变梯度理论及其应用[D]. 北京. 中国科学院大学,2017.
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