金属玻璃剪切带涌现的结构起源

IMECH-IR > 非线性力学国家重点实验室

	金属玻璃剪切带涌现的结构起源
英文题名	Structural Origin of Shear Bands Emergence in Metallic glasses
	田智立
导师	戴兰宏 ; 王云江
	2017
学位授予单位	中国科学院大学
学位授予地点	北京
学位类别	博士
学位专业	固体力学
摘要	金属玻璃在室温下剪切带的涌现是一个时空多尺度的非线性过程。剪切带快速扩展导致脆性断裂的出现，极大地限制了这类无序材料的工程应用。特别的，关于对金属玻璃内部无序结构的表征，剪切带的结构起源等方面是理解剪切带涌现过程的关键。为此，本文围绕剪切带的结构起源这一关键科学问题，开展了系列研究。通过分子动力学模拟，对金属玻璃内部无序结构进行了表征分析，利用五次对称性描述了其内部结构的不均匀性，给出五次对称性结构冷却历史和变形过程中的演化，揭示了金属玻璃变形过程对五次对称性这种金属玻璃本征结构特别是其不均匀性分布的强烈依赖性。进一步，对金属玻璃剪切带行为进行了原子尺度的模拟。发现金属玻璃微观结构不均匀程度越强，越容易出现剪切带，同时内部结构变化也越剧烈。变形开始于五次对称性较弱的区域，受到高五次对称性区的阻碍，从而引起应变局部化效应。局部区域的贯穿过程，即是高五次对称区域被打破，剪切带形成的过程。从金属玻璃内部不均匀结构中的固相区角度出发，将具有内部微观不均匀结构的金属玻璃材料模型化为硬颗粒增强复合材料。并通过跨尺度的连续介质力学模型，结合五次对称性结构信息，基于有效无序温度的剪切转变区（STZ）理论和扰动分析，给出剪切带涌现过程完整的物理图像。并揭示了应变梯度在剪切带涌现过程中的驱动作用。具有本征微观非均匀结构的金属玻璃剪切带的涌现过程实际上是由变形不均匀，即应变梯度，导致其与能量不均匀耗散自反馈过程的结果。通过建立非晶-非晶复合材料模型，研究了不同第二相引入形式对剪切带行为的影响。结合结构分析手段，揭示了在非晶-非晶复合材料中剪切带形成过程中，引入的更多的结构不均匀性，如更多的和更不均匀五次对称性结构，会使得结构更容易发生剪切带行为，但同时宏观上会导致材料强化。此种模型有助于指导进一步金属玻璃复合材料体系的设计开发。
索取号	Phd2017-015
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/60412
专题	非线性力学国家重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	田智立. 金属玻璃剪切带涌现的结构起源[D]. 北京. 中国科学院大学,2017.

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201765135513.pdf（7331KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文