【摘要】：氟化鋰(Lithium Fluoride,LiF)是一種常用的沖擊實驗窗口材料,因其在高壓條件下的動態(tài)響應(yīng)對其他樣品材料沖擊測量結(jié)果的影響不可忽略,需要對LiF材料的動態(tài)力學(xué)演化規(guī)律進行研究。由于沖擊實驗方法對材料的微觀動態(tài)演化機理認識不足,本文基于LiF材料的晶體微觀結(jié)構(gòu),采用晶體塑性有限元方法對其在高壓、高應(yīng)變速率下的彈塑性大變形行為展開模擬研究。本文建立動態(tài)晶體塑性有限元模型,采用狀態(tài)方程描述高壓下材料的非線性彈性關(guān)系,并采用考慮聲子拖曳機制的唯象硬化方程描述材料的粘塑性變形。分別對100LiF單晶和LiF多晶的沖擊壓縮過程進行數(shù)值模擬,分析不同加載條件下應(yīng)力波在樣品內(nèi)的傳播過程中能夠反映的物理信息,并從宏觀連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的角度對LiF材料的動態(tài)響應(yīng)進行解釋和預(yù)測。對100LiF單晶材料的單向沖擊壓縮變形進行模擬,結(jié)果表明:采用該模型能夠模擬得到與實驗結(jié)果一致的應(yīng)力波剖面,得到LiF在低于約20 GPa沖擊加載變形的波剖面具有彈塑性雙波響應(yīng)、應(yīng)力松弛和彈性前驅(qū)衰減的特征;外加壓力、樣品厚度和材料本構(gòu),是影響LiF單晶沖擊波剖面的主要因素;波剖面上的應(yīng)力松弛現(xiàn)象,其連續(xù)介質(zhì)力學(xué)根源是材料在高壓高應(yīng)變速率沖擊變形過程中的粘性塑性變形,當(dāng)變形中的總應(yīng)變速率小于塑性應(yīng)變速率時,即出現(xiàn)彈性應(yīng)力松弛;根據(jù)在約20 GPa以內(nèi)沖擊變形應(yīng)力波剖面的雙波響應(yīng),以及高于此壓力范圍的單波響應(yīng)特征,可以采用壓力關(guān)于時間的三階導(dǎo)數(shù)作為判斷依據(jù),估測樣品的雙波和單波響應(yīng)的臨界壓力;材料動態(tài)變形過程中的溫升效應(yīng)不可忽略,并且溫升主要來源于彈性體積變形的貢獻。對LiF多晶材料的單向沖擊壓縮變形進行模擬,結(jié)果表明:累積塑性滑移速率在塑性變形初期迅速增加至10~7/s以上,并且在應(yīng)力波到達樣品自由表面之前滑移速率增加、塑性變形集中寬度減小,與單晶的動態(tài)變形趨勢一致;晶粒之間的取向差是LiF多晶變形不均勻的主要原因,晶界是變形集中的主要區(qū)域;提高沖擊壓力或加壓速率對多晶樣品進行加載,應(yīng)力波剖面上具有彈塑性波寬度減小、變形集中區(qū)域邊界平滑性增加以及應(yīng)力波已通過區(qū)域應(yīng)力分布均勻性提高的特點。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ131.11
【圖文】：

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章 緒論1.1 研究背景和目的晶體塑性有限元方法（Crystal Plasticity Finite Element Method, CPFEM）被廣泛應(yīng)用于準靜態(tài)及動態(tài)加載條件下的晶體彈塑性大變形行為演變的研究。不同于經(jīng)典連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法，采用晶體塑性理論對材料變形行為的研究，可以基于晶體的微觀結(jié)構(gòu)，對塑性變形的大小和方向進行具體的考慮。以簡單單向拉伸加載下的彈塑性變形為例，如圖 1-1 所示。在連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論框架內(nèi)，晶體材料是各向同性的，其彈性和塑性變形均勻，并且與材料的微觀結(jié)構(gòu)無關(guān)，通過力學(xué)計算得到的彈性、塑性應(yīng)變均沿加載方向。然而，在晶體塑性理論框架內(nèi)，塑性變形沿特定的晶體學(xué)滑移方向進行，宏觀的拉伸變形解耦為彈性拉伸、旋轉(zhuǎn)和滑移系上的塑性變形。

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文量和計算常溫下 KCl、NaCl 和 LiF 的彈性常數(shù)及其關(guān)于壓力的一實驗結(jié)果與通過 Born-Mayer 排斥勢預(yù)測結(jié)果是一致的。Ander物、氧化物等礦物質(zhì)的彈性常數(shù)進行測量，包括 LiF 的彈性常度的依賴性，并比較了由熱力學(xué)方程和 Debye 方程計算得到的uneisen 系數(shù)的差異性。Dong 等[6]將 LiF 在 92 GPa 下的壓縮實驗urnaghan 狀態(tài)方程進行擬合，得到零壓下的等溫體積模量及其關(guān)。

圖 1-3 主要的高壓技術(shù)方法可達到的壓力范圍[15]Fig.1-3 Pressure Ranges of Main High-Pressure Technical Methods圖 1-4 不同厚度<100> LiF 樣品的應(yīng)力-時間剖面圖[18]Fig.1-4 Stress-Time Profile for <100> LiF Specimens of Different Thicknesses

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 張志宇;趙陽;薛全喜;王峰;楊家敏;;激光驅(qū)動準等熵壓縮透明窗口LiF的透明性[J];物理學(xué)報;2015年20期

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

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本文編號：2776770