基于準連續(xù)方法的晶體缺陷對材料變形行為影響研究.pdf

1、先進塑性成形技術在很多方面發(fā)揮著越來越重要的作用，如促進國民經(jīng)濟發(fā)展，推動國防現(xiàn)代化和提高國家競爭力等。材料的初始塑性變形對后續(xù)塑性變形起著重要的作用，目前通過無缺陷材料的納米壓痕過程對初始塑性變形的研究已經(jīng)有了一定的深度，然而材料并不是完美無缺陷的，因此，進一步研究孔洞、晶界等缺陷對材料初始塑性變形行為的影響具有極其重要的意義。本文通過QC方法分別建立含有孔洞以及晶界的多尺度計算模型，探究孔洞以及晶界對材料初始塑性變形的影響。

2、　　本文采用準連續(xù)多尺度方法建立了有、無孔洞的多尺度納米壓痕模型，發(fā)現(xiàn)了晶體中存在孔洞時位錯發(fā)射的遲滯現(xiàn)象，并對位錯發(fā)射遲滯現(xiàn)象的原因進行了計算分析。討論了多種參數(shù)如孔洞形貌、大小和位置對納米壓痕過程位錯發(fā)射的影響。結果表明，孔洞形貌對位錯發(fā)射的遲滯效應無影響，對于特定大小的孔洞，孔洞對位錯發(fā)射遲滯現(xiàn)象的影響存在一個臨界距離，當孔洞與壓頭的距離大于此臨界距離時，不存在位錯發(fā)射的遲滯現(xiàn)象;臨界距離隨著孔洞的增大而增大。
　　為揭示孔

3、洞缺陷對材料彈性模量和屈服強度的影響，本文采用準連續(xù)多尺度方法模擬研究了壓頭正下方矩形以及橢圓孔洞幾何參數(shù)、孔洞深度對材料彈性模量及屈服強度的影響。結果表明，當孔洞與壓頭的距離較遠時，孔洞對其彈性模量及屈服強度影響很小;當孔洞與壓頭的距離較近時，薄膜材料的彈性模量及其屈服強度隨著孔洞水平尺寸a的增大而降低，然而其隨著孔洞豎直尺寸b的增大而升高，當b達到一定值后，孔洞對薄膜材料彈性模量及屈服強度的影響甚微。并通過變化橢圓孔洞長短軸比值b/

4、a，得到了橢圓孔洞長短軸比值與彈性模量及屈服強度的關系，隨著b/a數(shù)值的增大其彈性模量及屈服強度增大，當b/a=4時，孔洞對薄膜材料納米壓痕過程中的彈性模量以及屈服強度影響已經(jīng)很小。
　　最后，建立了含有晶界的雙晶材料多尺度模型，探究了晶體取向及上層膜厚度對初始位錯發(fā)射情況的影響。結果表明，對于不同晶體取向單晶材料的納米壓痕過程，初始塑性變形的臨界載荷顯著不同，這是由于該晶體取向下位錯發(fā)射的容易決定的;對于由上述晶體取向構成的雙晶