基于晶体塑性的辐照金属材料局部化颈缩和吕德斯带的模拟研究

金属材料中,颈缩失稳通常由表面缺陷或材料不均匀性等潜在扰动引起并随着微结构的演化进一步发展.本文将构型扰动法与考虑辐照效应的晶体塑性本构关系相结合,模拟了辐照前后局部化颈缩和吕德斯带等现象.通过考虑模拟局部化变形中扰动的必要性,发现了外在的几何缺陷和内禀的微结构演化在颈缩过程中的竞争关系.此外,以纯金属铜和奥氏体不锈钢为例研究了辐照硬化效应对颈缩失稳的影响.结果表明,流动应力的增加和功硬化能力的降低是均匀延伸率下降的原因,辐照效应导致的织构软化作用可以忽略.为了解释辐照后低碳钢下屈服点和吕德斯应变同时增加的现象,一种位错脱钉扎和位错与辐照缺陷的交互作用相耦合的塑性变形机制被提出并结合修正的流动方程,很好地模拟出包含屈服下降、应力平台、应变扩展和应变硬化等特征的吕德斯带现象.其中,位错与辐照缺陷的相互作用也可以解释辐照后纯金属材料中发现的扩散颈缩现象.我们的模拟结果既阐明了几何缺陷在颈缩失稳中的重要作用,也为辐照金属中常见的宏观塑性失稳现象提供了清晰的物理图像.

金属材料力学性能的辐照氦效应研究进展

金属材料在辐照过程中会发生嬗变反应,从而在材料内部形成氦泡,进而影响金属材料的宏观力学行为.因此,开展氦影响下金属材料力学性能的研究对抗辐照材料的设计及工程应用具有重要意义.氦对材料力学行为的影响是一个典型的多尺度问题,故论文从从原子尺度到宏观尺度针对含氦金属材料力学行为的研究方面进行了总结,主要包括氦原子的产生、氦团簇/氦泡的形成、氦泡在材料中的微观行为以及氦对材料宏观力学性能的影响.在此基础上,展望了该领域中存在的主要科学问题.

板条马氏体钢的循环塑性本构模型

板条马氏体钢的软化行为与循环变形过程中的板条粗化和位错演化行为有关.结合物理机理,本文建立了一个用于研究板条马氏体钢循环塑性响应的理论模型.在板条块尺度,基于晶体塑性理论,考虑低角晶界(板条界面)位错与可移动位错的相互作用建立了界面位错演化模型;基于高角晶界(板条块界面)引起的位错塞积效应发展了背应力演化模型.在多晶尺度,基于弹粘塑性自洽理论,建立了多级结构(包括板条块、原奥氏体晶粒以及板条马氏体钢)力学行为之间的关联.基于该理论模型,本文对板条马氏体钢的循环滞回曲线、循环加载过程中的峰值应力演化行为等进行了理论预测和研究.