压敏材料和尺寸相关弹塑性分析

《压敏材料和尺寸相关弹塑性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩

2、印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要经典的应变梯度塑性理论是以Mises准则为基础而建立的，能够很好地描述金属材料的尺寸效应，但是这些理论都忽略了体积膨胀对于材料塑性行为的影响。对于塑性变形受到静水压力影响的压敏材料，例如块状金属玻璃（BMGs），利用先前的应变梯度理论研究其微尺度力学性能时存在较大的偏差。本文针对压敏材料尺寸效应问题，对微

3、压痕响应、稳态裂纹扩展等方面开展了数值研究工作。该工作对此类材料的压敏和尺寸相关的塑性变形机制预测具有重要的指导意义。主要工作包括：（1）通过重新定义体积应变与塑性应变，对CMSG理论进行了修正，其中考虑了静水压力对于材料塑性行为的影响。并通过ABAQUS提供的UMAT子程序接口建立了相应的有限元计算格式。（2）研究了块状金属玻璃Zr55Cu30Al10Ni5的微压痕响应，并分析了不同的压痕深度、压敏系数、摩擦系数以及压头半角对压痕响应的影响。计算结果表明所建立的CMSG理论以及相应的有限元格式可以很

4、好地描述块状金属玻璃Zr55Cu30Al10Ni5等一类材料的弹塑性行为，并可以很好地预测Zr55Cu30Al10Ni5在微尺度下表现出来的压敏尺寸效应。压敏系数能提高材料的硬度、弹性恢复程度和Mises应力。小压痕深度下，摩擦力可以明显地增强材料的弹性恢复程度和塑性应变梯度，而大压痕深度下，摩擦力的影响可以忽略不计。大压头半角降低了压头载荷，但是增加了材料的塑性变形，扩大了塑性区，并且能减弱压头周围的翘起现象。（3）利用修正的CMSG理论研究了块状金属玻璃Zr55Cu30Al10Ni5的稳态裂纹扩展

5、问题，结果表明随着外应力的增大，静水压力与裂纹尖端等效塑性应变梯度增强。Mises应力随着压敏系数的增大而增大。（4）在LuFeng等建立的适用于压敏材料的MSG流动理论的基础上，建立了MSG本构关系的有限元计算格式，研究了Zr55Cu30Al10Ni5的微压痕响应，并比较了不同压深下MSG理论与CMSG理论计算的载荷位移曲线与压痕硬度。表明压深较小时，MSG理论计算的压头载荷与压痕硬度值比CMSG理论计算的结果大，随着压深增大，两种理论计算结果逐渐趋于一致。关键词：块状金属玻璃压敏尺寸效应CMSG理

6、论D-P屈服准则数值模拟ABSTRACTClassicalstraingradientplasticitytheoriesarebasedonMisesyieldcriteriaandcandescribewelltheplasticbehaviorofductilemetals.Howevertheyallneglectedtheinfluenceofthevolumechangesontheplasticbehaviorofmaterials.Classicalstraingradienttheo

7、riescauselargedeviationwhenstudyingthemicroscalepropertiesofpressure-sensitivematerialswhoseplasticdeformationisinfluencedbyhydrostaticpressure,suchasbulkmetallicglasses.Inthispaper,numericalresearchworkformicro-indentationresponseandsteady-statecrackgr

8、owth,aimingattheeffectofthepressure-sensitivematerials.Thispaperhasimportantguidingsignificanceonthepredictionoftheplasticdeformationmechanismofthematerialrelatedtopressuresensitiveandsizeeffect.Themaincontentofthispaperisasfollo