壓敏材料與尺寸相關的彈塑性分析.pdf

1、經典的應變梯度塑性理論是以Mises準則為基礎而建立的,能夠很好地描述金屬材料的尺寸效應,但是這些理論都忽略了體積膨脹對于材料塑性行為的影響。對于塑性變形受到靜水壓力影響的壓敏材料,例如塊狀金屬玻璃(BMGs),利用先前的應變梯度理論研究其微尺度力學性能時存在較大的偏差。本文針對壓敏材料尺寸效應問題,對微壓痕響應、穩(wěn)態(tài)裂紋擴展等方面開展了數(shù)值研究工作。該工作對此類材料的壓敏和尺寸相關的塑性變形機制預測具有重要的指導意義。主要工作包括:<

2、br>　　(1)通過重新定義體積應變與塑性應變,對CMSG理論進行了修正,其中考慮了靜水壓力對于材料塑性行為的影響。并通過ABAQUS提供的UMAT子程序接口建立了相應的有限元計算格式。
　　(2)研究了塊狀金屬玻璃Zr55Cu30Al10Ni5的微壓痕響應,并分析了不同的壓痕深度、壓敏系數(shù)、摩擦系數(shù)以及壓頭半角對壓痕響應的影響。計算結果表明所建立的CMSG理論以及相應的有限元格式可以很好地描述塊狀金屬玻璃Zr55Cu30Al10

3、Ni5等一類材料的彈塑性行為,并可以很好地預測Zr55Cu30Al10Ni5在微尺度下表現(xiàn)出來的壓敏尺寸效應。壓敏系數(shù)能提高材料的硬度、彈性恢復程度和Mises應力。小壓痕深度下,摩擦力可以明顯地增強材料的彈性恢復程度和塑性應變梯度,而大壓痕深度下,摩擦力的影響可以忽略不計。大壓頭半角降低了壓頭載荷,但是增加了材料的塑性變形,擴大了塑性區(qū),并且能減弱壓頭周圍的翹起現(xiàn)象。
　　(3)利用修正的CMSG理論研究了塊狀金屬玻璃Zr55C

4、u30Al10Ni5的穩(wěn)態(tài)裂紋擴展問題,結果表明隨著外應力的增大,靜水壓力與裂紋尖端等效塑性應變梯度增強。Mises應力隨著壓敏系數(shù)的增大而增大。
　　(4)在Lu Feng等建立的適用于壓敏材料的MSG流動理論的基礎上,建立了MSG本構關系的有限元計算格式,研究了Zr55Cu30Al10Ni5的微壓痕響應,并比較了不同壓深下MSG理論與CMSG理論計算的載荷位移曲線與壓痕硬度。表明壓深較小時,MSG理論計算的壓頭載荷與壓痕硬度值