论文部分内容阅读
块体非晶合金由于其优异的力学性能受到了人们广泛关注,是一种极具应用前景的结构材料,但其在室温单轴拉伸或压缩情况下没有经过明显的塑性变形而突然发生失效。为了扩展块体非晶合金的应用范围,人们开始研究把延展性好的材料作为增强相加入到块体非晶合金中,从而得到块体非晶合金复合材料(BAAMCs)。本文借助于纳米压痕技术测试了Fe-Co-B-Si-Nb-Cr块体非晶合金的微观力学性能,并结合有限单元方法,对其变形行为进行了研究;利用均匀化方法推导了求块体非晶复合材料等效弹性参数的三维有限元格式;研究了钨纤维增强Zr基块体非晶合金复合材料的残余热应力分布。主要的结果和结论如下:(1)在所研究的加载速率范围内,{[(Fe 0.6 Co 0.4 ) 0.75 B 0.2 Si 0.05 ] 0.96 Nb 0.04 } 96 Cr 4块体非晶合金在塑形变形过程中出现了显著的锯齿流变和室温蠕变现象;随加载速率的增大,输入非晶样品的总能量及塑性变形能与输入样品的总能量的比值增大,而非晶样品的硬度值和储存的弹性能减小;利用有限单元法,确定了{[(Fe 0.6 Co 0.4 ) 0.75 B 0.2 Si 0.05 ] 0.96 Nb 0.04 } 96 Cr 4块体非晶合金发生塑形变形的起始点位置,并得到了在最大载荷一定的情况下纳米压入过程中的载荷-位移(P-h)曲线的上下限。(2)假定BAAMCs具有均质的宏观结构和非均质的周期性分布的细观结构,利用均匀化方法,根据材料周期性特点,通过摄动理论建立依赖于两尺度坐标变量而变化的渐进位移场,推导出反映BAAMCs细观结构的控制方程,并结合有限元法,数值模拟得到其宏观等效弹性模量。将算例得到的等效弹性模量与Voigt方法和Reuss方法计算结果进行对比分析,证实了均匀化算法的合理性;均匀化方法是一种具有严格数学依据、高效和实用的计算复合材料三维有效模量的方法,同时该方法还可用来确定BAAMC的成分和微观应力。(3)计算结果与文献数据对比分析表明,在钨纤维相遵循von Mises屈服准则情况下,Drucker-Prager屈服准则比von Mises屈服准则更能描述块体非晶相的早期压缩屈服行为。