宏微观尺度下金属材料的循环塑性及时间相关特性研究
发布时间：2023-05-27 00:26
立方晶系金属材料在工程上有着广泛的应用,其多晶体具有各向同性的力学及物理性质。材料的变形机理及其相关研究对工程设计的指导意义重大,尤其对于在高温等严苛环境下服役的材料。为此,本文主要着眼于多晶立方晶系金属材料本构关系的建立,并考虑了内在的变形物理机制及对实验结果的模拟与预测。工程中,外载的形式多种多样,其中循环载荷最为常见,所以建立具有普适意义的多轴循环塑性本构模型十分必要。另一方面,以蠕变为代表的时间相关特性也极大影响着材料的稳定性及寿命等,如何将材料的变形行为与其时间相关特性联系在一起并给出精准的定量分析是本文的宗旨。本文首先在宏观尺度上分析了基于热力学与连续介质力学的统一黏塑性模型,讨论了其方程的组成与参数的确定,并通过实验验证了模型的合理性。统一黏塑性模型不能描述加载历史对于应力松弛行为的影响,本文通过对背应力中静态回复项的修正,建立了新的统一黏塑性模型,并成功地描述了加载历史对应力松弛行为的影响。为了进一步分析立方晶系金属材料的循环塑性与时间相关特性的耦合影响,本文设计了一系列关于316L不锈钢的蠕变与疲劳耦合实验,对相关力学现象做出了分析。通过实验结果与统一黏塑性模型的计算...
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题意义
1.2 宏观尺度下蠕变与循环塑性研究的发展
1.2.1 蠕变研究进展
1.2.2 循环塑性研究进展
1.2.3 蠕变疲劳耦合研究进展
1.3 微观尺寸下的进展
1.3.1 强度增强等尺寸效应
1.3.2 微尺度下材料的时间相关特性
1.4 本文工作
第二章 统一黏塑性本构模型
2.1 引言
2.2 本构模型
2.2.1 方程的总体形式
2.2.2 黏性方程(黏塑性能)
2.2.3 背应力的演化
2.2.4 等向强化
2.3 模型相关参数的确定
2.3.1 黏性相关参数
2.3.2 背应力参数
2.3.3 等向强化
2.4 模型计算实例
2.4.1 与时间相关性
2.4.2 循环特性模拟
2.5 本章小结
第三章 加载历史对于应力松弛行为的影响
3.1 引言
3.2 应力松弛与带有静态回复项的Chaboche模型
3.3 一种改进的统一黏塑性本构模型
3.4 理论模型与实验数据的对比
3.5 本章小结
第四章 316L不锈钢在室温下的蠕变疲劳耦合实验及统一黏塑性本构模型再探讨
4.1 引言
4.2 实验相关信息
4.2.1 实验设备与材料
4.2.2 实验加载信息
4.3 实验结果
4.4 模拟和统一黏塑性模型再讨论
4.5 本章小结
第五章 非统一黏塑性本构模型研究
5.1 引言
5.2 本构方程
5.3 实验模拟
5.4 讨论
5.5 本章小结
第六章 考虑应变梯度与几何必需位错的多晶细铜丝循环扭转
6.1 引言
6.2 考虑GND和应变梯度的循环对称扭转模型
6.2.1 Taylor硬化准则
6.2.2 考虑GND的影响的背应力
6.3 模型的验证
6.3.1 实验结果分析
6.4 讨论
6.5 本章小结
第七章 考虑应变梯度与几何必需位错的多晶细铜丝的扭转应力松弛
7.1 引言
7.2 实验结果与分析
7.2.1多晶细铜丝的扭转应力松弛实验
7.2.2 考虑GND影响下与时间相关的塑性应变率
7.2.3 塑性应变率的相关参数
7.3 模型的验证与分析
7.3.1 与时间相关的塑性应变率及与时间无关的循环塑性
7.3.2 模拟的相关结果
7.3.3 热激活参数与讨论
7.4 本章小结
第八章 原位观测下的微观单晶铜梁的弯曲应力松弛实验
8.1 引言
8.2 实验信息
8.3 实验结果中力学现象上的尺寸效应
8.4 微梁变形后的SEM结果图
8.5 理论分析
8.6 本章小结
第九章 总结与展望
9.1 本文工作总结
9.2 本文创新点
9.3 未来工作的展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间的研究成果
本文编号：3823551
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题意义
1.2 宏观尺度下蠕变与循环塑性研究的发展
1.2.1 蠕变研究进展
1.2.2 循环塑性研究进展
1.2.3 蠕变疲劳耦合研究进展
1.3 微观尺寸下的进展
1.3.1 强度增强等尺寸效应
1.3.2 微尺度下材料的时间相关特性
1.4 本文工作
第二章 统一黏塑性本构模型
2.1 引言
2.2 本构模型
2.2.1 方程的总体形式
2.2.2 黏性方程(黏塑性能)
2.2.3 背应力的演化
2.2.4 等向强化
2.3 模型相关参数的确定
2.3.1 黏性相关参数
2.3.2 背应力参数
2.3.3 等向强化
2.4 模型计算实例
2.4.1 与时间相关性
2.4.2 循环特性模拟
2.5 本章小结
第三章 加载历史对于应力松弛行为的影响
3.1 引言
3.2 应力松弛与带有静态回复项的Chaboche模型
3.3 一种改进的统一黏塑性本构模型
3.4 理论模型与实验数据的对比
3.5 本章小结
第四章 316L不锈钢在室温下的蠕变疲劳耦合实验及统一黏塑性本构模型再探讨
4.1 引言
4.2 实验相关信息
4.2.1 实验设备与材料
4.2.2 实验加载信息
4.3 实验结果
4.4 模拟和统一黏塑性模型再讨论
4.5 本章小结
第五章 非统一黏塑性本构模型研究
5.1 引言
5.2 本构方程
5.3 实验模拟
5.4 讨论
5.5 本章小结
第六章 考虑应变梯度与几何必需位错的多晶细铜丝循环扭转
6.1 引言
6.2 考虑GND和应变梯度的循环对称扭转模型
6.2.1 Taylor硬化准则
6.2.2 考虑GND的影响的背应力
6.3 模型的验证
6.3.1 实验结果分析
6.4 讨论
6.5 本章小结
第七章 考虑应变梯度与几何必需位错的多晶细铜丝的扭转应力松弛
7.1 引言
7.2 实验结果与分析
7.2.1多晶细铜丝的扭转应力松弛实验
7.2.2 考虑GND影响下与时间相关的塑性应变率
7.2.3 塑性应变率的相关参数
7.3 模型的验证与分析
7.3.1 与时间相关的塑性应变率及与时间无关的循环塑性
7.3.2 模拟的相关结果
7.3.3 热激活参数与讨论
7.4 本章小结
第八章 原位观测下的微观单晶铜梁的弯曲应力松弛实验
8.1 引言
8.2 实验信息
8.3 实验结果中力学现象上的尺寸效应
8.4 微梁变形后的SEM结果图
8.5 理论分析
8.6 本章小结
第九章 总结与展望
9.1 本文工作总结
9.2 本文创新点
9.3 未来工作的展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间的研究成果
本文编号：3823551
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3823551.html