层裂损伤孔洞增长模型参数的确定方法及其应用

基于自由面速度曲线及其与层裂面处物理量变化之间的关联,考虑层裂损伤演化过程中波的传播与相互作用,进一步探讨了损伤演化过程中的临界状态,分析了孔洞增长层裂损伤模型参数所包含的物理涵义,并给出基于物理的模型参数确定方法.通过对两种典型延性金属OFHC铜和钽层裂实验结果的模拟,验证了该方法的合理性.本文给出的参数确定方法不仅可以扩展模型的适用范围,有效提高计算结果的可信度,同时,也为其他层裂损伤模型参数的确定提供了很好的借鉴作用.

纳晶金属中纳米孔洞增长的微观力学模型

建立双向等轴应力条件下纳晶金属三晶交处纳米孔洞增长的理论模型。模型中认为孔洞的增长是由于位错从孔洞表面发射而引起的。通过计算得到了纳米孔洞附近的应力场、位错发射所需的临界应力以及从孔洞表面发射的最大位错数。结果表明:在纳晶金属中,晶界对孔洞的增长起着阻碍作用,晶粒尺寸越小,纳米孔洞越难增长。

温度对动态孔洞增长的影响

将孔洞化的概念推广到动态情况并考虑了温度效应对其影响.研究了弹塑性材料中一个球形孔洞从稳定到不稳定直到破坏的整个动态增长过程.得到了常载荷下孔洞增长率的封闭形式解．当孔洞半径趋于无穷，也就是失稳的极限情况下可得到孔洞增长率的一个有限值．此极限值与温度效应有关．文中还分析了孔洞增长时间随孔洞半径的变化规律，此规律也受到温度引起的热效应的影响.

孔洞增长与汇合的数值模拟

在研究延性材料的层裂过程中，微孔洞的成核、增长与汇合是主要问题。在二维平面条件下，应用二维拉氏有限元弹塑性流体力学程序(LTZ-2D)，在动态拉伸作用下，对多种形状的孔洞增长、相互作用和汇合进行了数值模拟。结果表明，初始非圆形孔洞在动态拉伸作用下，经过了一定时间后，孔洞的增长均趋近于圆形。如果在孔洞周围允许材料损伤断裂的话，当孔洞继续长大到一定程度时，将产生破裂并且汇合。以铜材料为例，

韧性材料中的一个新的动态孔洞增长模型

本文提出了一个可用来描述韧性材料动态断裂过程的新模型.基体是由具有过应力形式的弹-粘塑性本构关系的材料构成.文中给出了在常等效应变率下的含孔洞材料的动态加载面及其相应的近似解析表达式.当材料单元经受球对称载荷作用时,本文的模型将退化为Carroll-Holt-Johnson模型.当材料的应变率敏感参数趋于零时,本文模型将退化为Gurson模型.本文的研究还表明,在一般情况下正交性法则是不成立的.最后,将本文模型与近年来Pan,Saje,Needleman和Perzyna等人所提出的含孔洞材料的粘塑性本构模型进行了比较.

延性金属层裂强度对温度、晶粒尺寸和加载应变率的依赖特性及其物理建模

层裂强度表征了材料内部最大动态抗拉能力,并与材料本身的力学性质以及损伤早期演化相关.建立层裂强度计算的解析表达式,深入认识层裂强度所包含的微细观物理涵义,有利于更好地优化延性金属材料的层裂强度.目前大量的实验表明:延性金属材料的层裂强度对加载拉伸应变率、温度效应以及材料初始微细观结构具有很强的依赖关系.本文基于对孔洞成核与增长的损伤早期演化特性的分析,以及对温度效应和晶粒尺寸与材料本身力学性质之间关系的分析,给出了简单、实用的层裂强度的解析物理模型,物理模型的计算结果与典型延性金属高纯铝、铜和钽的层裂强度实验结果基本符合,从而验证了我们给出的层裂强度模型具有较好的适用性和预测性.

层裂损伤发展过程的数值分析

用数值方法定性地分析了延性材料损伤过程中孔洞数密度分布的变化情况,及其与材料中应力变化过程之间的关系,以及孔洞数目在空间上的分布情况。同时还分析了初始成核孔洞大小以及计算参数对自由面速度曲线、损伤发展和孔洞数在空间上分布的影响。分析了不同时刻孔洞成核与增长对损伤度的影响。

基于单孔洞近似的高纯铝部分层裂实验的数值模拟研究

基于单孔洞近似,对不同撞击速度下高纯铝的部分层裂实验进行了数值模拟研究,讨论了微孔洞长大对波传播的影响及其在自由面速度波剖面上的表现.通过分析微孔洞周围的应力场变化,认识到实测自由面速度波剖面出现"回跳"特征并不能说明材料发生完全层裂,其直接原因是样品内部微孔洞长大所引起的局部卸载效应.将计算得到的自由面速度波剖面和微孔洞相对体积与实验结果进行了对比分析,发现两者均符合很好,表明采用单孔洞增长来近似描述部分层裂样品中随机损伤发展及其对波传播的影响是可行的.