金屬玻璃獨(dú)特的非晶結(jié)構(gòu)使其具有許多優(yōu)異的力學(xué)、物理性能,因而在裝甲防護(hù)領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。為滿足這類應(yīng)用的需求,需要加深對其動態(tài)力學(xué)性能以及損傷演化規(guī)律的認(rèn)識。本研究通過先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)測試、表征手段,結(jié)合理論分析和有限元模擬方法,構(gòu)建了一個(gè)耦合非晶塑性和動態(tài)孔洞擴(kuò)展理論的本構(gòu)模型,實(shí)現(xiàn)了對強(qiáng)動載三軸應(yīng)力狀態(tài)下金屬玻璃的“韌脆轉(zhuǎn)變”行為的模擬,揭示了不同沖擊壓力下層裂損傷演化模式的轉(zhuǎn)變機(jī)制。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:（1）實(shí)驗(yàn)研究基于一級輕氣炮開展平板撞擊實(shí)驗(yàn),研究金屬玻璃及其復(fù)合材料的動態(tài)力學(xué)行為和層裂損傷演化。實(shí)驗(yàn)過程中使用激光干涉儀對材料的宏觀力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行原位實(shí)時(shí)監(jiān)測,并結(jié)合掃描電鏡、電子背散射衍射、X射線斷層掃描等多種表征手段對回收樣品進(jìn)行微細(xì)觀尺度的分析,并通過進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)分析獲取杯錐結(jié)構(gòu)的圓錐角、頂點(diǎn)間距、朝向等特征參量,為分析不同沖擊壓力下的“韌脆轉(zhuǎn)變”行為提供了有力支持。針對復(fù)合材料的研究表明:雖然復(fù)合材料的層裂強(qiáng)度低于純金屬玻璃,但其損傷演化速率和終態(tài)損傷程度也小于純金屬玻璃。這源自于脆性非晶基體中的韌性晶體顆粒具有的雙重作用,顆粒既作為損傷成核源,降低層裂強(qiáng)度;也通過自... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：167 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

金屬玻璃復(fù)合材料準(zhǔn)靜態(tài)加載下的力學(xué)性能[10]。

針對前文提到的Ta顆粒增強(qiáng)金屬玻璃基復(fù)合材料,Ott、Hufnagel等[26]使用X射線原位探測研究其在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮加載下的應(yīng)力-晶格應(yīng)變關(guān)系,發(fā)現(xiàn)當(dāng)加載應(yīng)力為325MPa左右時(shí),顆粒發(fā)生屈服并將載荷轉(zhuǎn)移到周圍的非晶基體,顆粒周圍應(yīng)力水平顯著低于遠(yuǎn)處應(yīng)力場。由于具有較高的屈服強(qiáng)度,基體依然保持彈性。Ott等認(rèn)為該加載過程中基體與顆粒間的塑性應(yīng)變失配所帶來的應(yīng)力集中是材料內(nèi)部萌生多重剪切帶的原因。相比于純金屬玻璃中的少數(shù)主剪切帶,復(fù)合材料中的多重剪切帶對能量耗散有極大貢獻(xiàn),從而起到提高宏觀塑性、延緩災(zāi)難性斷裂的作用。同時(shí),Ott等基于SEM掃描結(jié)果建立二維有限元模擬網(wǎng)格,模擬結(jié)果表明材料整體的屈服強(qiáng)度會隨著顆粒屈服強(qiáng)度的增加而增加。Hardin等[24]通過有限元模擬發(fā)現(xiàn)當(dāng)增強(qiáng)顆粒具有較高屈服強(qiáng)度時(shí),單獨(dú)增加顆粒體積百分比并不能有效促進(jìn)塑性變形。而過低的顆粒屈服強(qiáng)度又會降低材料整體的屈服應(yīng)力,與Ott等的研究結(jié)果相似。而在非晶-晶體層合材料中,由于非晶相的強(qiáng)度一般大于復(fù)合的晶體相,若根據(jù)復(fù)合材料的硬度混合律,材料整體強(qiáng)度將隨非晶體積百分?jǐn)?shù)增加而增加。

另一個(gè)關(guān)鍵問題是,晶體和非晶的微觀變形機(jī)制在界面處是如何過渡的,或者說其中一種變形在界面處是如何激活另一種變形模式的。Zhou、楊衛(wèi)等[23]認(rèn)為,非晶基體中的剪切帶是通過非晶-晶體界面處的晶格位錯(cuò)和相鄰非晶基體中的不連續(xù)剪切的協(xié)同作用與顆粒增強(qiáng)相發(fā)生作用的,同時(shí)在其模擬結(jié)果中觀察到顆粒周圍局部剪切帶的偏轉(zhuǎn)、分叉和抑制現(xiàn)象。Pan等[30]使用MD方法模擬了一種晶體間的非晶帶,結(jié)果顯示在非晶—晶體界面處的原子可通過漩渦形流動有效吸收位錯(cuò)變形(圖1-4(a)),直到該變形區(qū)延伸至非晶帶另一側(cè)裂紋才最終成核,且相比于晶體間通過晶界連接的情況,非晶帶內(nèi)萌生的裂紋擴(kuò)展速度更慢,因此可將非晶界面層作為微觀增韌結(jié)構(gòu)提高材料塑性變形能力。也有研究認(rèn)為[31]界面處的剪切轉(zhuǎn)變區(qū)(Shear Transformation Zone,STZ)活動可以減少晶體內(nèi)的位錯(cuò)激活能,使顆粒更容易發(fā)生塑性變形;當(dāng)顆粒內(nèi)滑移擴(kuò)展到另一側(cè)界面時(shí),又能激活新的STZ,從而吸收位錯(cuò)能,并在周圍顆粒內(nèi)再次激活新的位錯(cuò)(圖1-4(b)),與Pan的研究結(jié)果相似。1.3.1.2預(yù)制槽口


本文編號：2934608