氩单原子嵌入晶体过程的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟技术研究氩单原子嵌入基体时发生的变形过程，揭示了基体温度、嵌入速度对界面法向力、材料变形行为的影响。模拟结果表明L－J固体中位错运动的方向与宏观塑性流动相一致，压缩屈服强度随着基体温度的增加和嵌入速度的减小而降低。     

铝合金PLC效应与声发射特性的实验研究

考虑退火温度和应变率对6063铝合金力学性能的影响,采用材料试验机和声发射测试系统对铝合金PLC效应和声发射特性开展实验研究,获得了不同应变率下材料的应力-应变曲线和不同退火温度下声发射参数的变化规律.结果表明,2×10-3,2×10-4,2×10-5s-1应变率加载时,6063铝合金的应力应变曲线表现出明显的PLC现象,降低加载应变率,PLC现象增强,并出现了从A型到C型的转化;加载应变率为2×10-4s-1时,PLC效应的临界应变随退火温度的升高而降低;由于细观结构上可动位错密度的增加,屈服阶段试件中产生的声发射振铃计数急剧增加,达到峰值;进入到塑性强化阶段,声发射活动减弱;弹性变形阶段和塑性强化阶段产生突发型信号,而屈服阶段为连续型信号,与试件的均匀变形以及剪切变形带的形成与传播相关.      

基于分子动力学的纳米压痕形变过程模拟

采用分子动力学方法模拟了金刚石压头压入Fe基体的纳米压痕全过程．研究了加载和卸载时基体的原子组态、载荷一位移曲线以及位错的发射和变化．分析了基体的塑性形变机理．发现压人深度为0．69nm时出现位错．随压入深度的增加位错长大成环,基体塑性形变加剧．卸载过程中位错环不断减小,当压头恢复到起始位置后,基体中心残留有位错环,产生了永久塑性形变,位错环的存在是基体产生永久塑性形变的关键因素．     

CoCrFeNi高熵合金组织演变规律及再结晶动力学

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对添加少量C原子的非等原子比CoCrFeNi高熵合金进行热变形处理.结果表明，当变形温度为1123K，应变速率为0.1s^-1时，合金的显微组织主要为变形晶粒，随着温度的升高或应变速率的降低，变形晶粒边缘开始出现细小的等轴晶；当变形温度为1223K时，其组织全部为等轴的再结晶晶粒.当变形温度大于1223K时，晶粒开始出现明显的长大现象.利用Arrhenius模型及Avrami方程，建立了CoCrFeNi高熵合金的再结晶动力学模型，对应的再结晶激活能为526.078kJ·mol^-1.     

单斜氧化锆晶体压痕的分子动力学模拟研究

利用分子动力学方法模拟研究了单斜氧化锆晶体在不同晶面和不同加载速率时压入的变形行为,并采用配位数方法分析了不同压痕深度下基体原子组态和位错的变化情况,比较了不同晶面压痕的载荷-位移曲线和变形行为。结果表明,三个不同晶面压入时单斜氧化锆晶体呈现出3种不同的滑移面;(100)和(001)面的压痕形貌分别表现出pile-up和sink-in现象,且在这两个面的压入响应均出现载荷-位移曲线的间断波动。对(001)面不同加载速率压痕的研究结果表明在低速率加载时应力驰豫现象对基体应变硬化与载荷波动现象影响显著。     

纳米级超显微硬度法对镉变形行为的研究

利用纳米级超显微硬度压痕法研究了具有六方密排结构纯Ｃｄ(９９９９％)的应力应变及加工硬化行为·根据载荷压痕贯穿深度的测量,证明了在Ｃｄ的压痕变形中存在弹性、弹塑性和完全塑性三个阶段,与每个阶段相对应在其载荷压痕深度曲线上都出现一个斜率的改变,从而可以近似确定金属开始塑性变形的应力范围·其加工硬化指数是随着施加的最大载荷由５ｍＮ时的０１增加到４０ｍＮ时的０３,这主要是和加载的速度有关并满足线性方程·     

交变载荷与温度耦合对γ-TiAl合金疲劳裂纹扩展影响研究

利用分子动力学方法，在交变载荷与温度耦合条件下，模拟γ-TiAl合金的疲劳裂纹演化过程，探索TiAl合金不同阶段疲劳性能变化的微观机理，得到了在周期循环拉压加载时间比R=10∶1，沿[001]方向以v=10 m/s恒定速率交变加载时，不同温度（300 K、750 K、950 K）条件下，单晶TiAl合金疲劳断裂及缺陷演化的规律。结果表明：交变载荷与温度耦合加载时，在同一应力条件下，随温度的升高，发射位错数量增加且衍生多种类别缺陷，系统初始开裂应变量增大，位错的演化使应力-应变关系发生波动现象。位错密度峰值多集中于应力峰值区域，位错演化与产生的体心立方结构、面心立方结构衍生过程有关。该研究成果为复杂外载荷状态及不同温度条件下的γ-TiAl合金性能设计提供有力的理论指导。     

合金材料锯齿形塑性失稳的实验研究与机理分析

轻质高强度合金具有重要的应用背景,而其机理仍未解明的锯齿型塑性失稳现象制约了它们的应用,同时该问题也是材料科学家关注的一个热点问题.基于实验力学的研究,作者所属的光测细观力学课题组提出用动态散斑方法研究合金材料锯齿形屈服剪切带,观察到带形成演化和传播的时空特征、带内应变动态分布和剪切带雪崩变形时拉伸试件的瞬态收缩变形;用固溶处理方法调节合金材料内部溶质原子浓度和析出纳米相颗粒大小与分布,观察到随之变化的锯齿与剪切带的时空特征演变,发现了溶质原子浓度与析出相颗粒这两种因素分别在不同固溶处理温度对动态应变时效起主导作用;建立了基于溶质原子与位错交互作用的物理唯象模型,得到不同加载应变率下与实验相符的锯齿形加载曲线,再现出锯齿形加载曲线和带反复传播的轨迹.     

不同应变率下的盐岩损伤声发射时空演化

利用RMT-150B岩石力学多功能系统和声发射监测系统,对不同应变率下盐岩损伤的声发射时空演化规律进行试验,同时分析不同加载应变率对盐岩单轴压缩过程的极限强度和变形的影响.研究表明:盐岩在2种不同应变率下的损伤声发射时空演化趋势大致相同,压密和弹性阶段都经历很短时间;弹性阶段定位点数量呈线性增长,塑性阶段初期定位点快速增加,塑性阶段中后期,定位点增加速度逐步减小;在破坏阶段,应力虽然降低,但仍有相当数量定位点出现.应变率对盐岩的损伤有较大影响,应变率越大,定位点数量越少;应变率越小,定位点数量越大.应变率对单轴压缩盐岩的极限强度影响不大,对变形影响较大,盐岩塑性变形在低加载应变率时较大,在高加载应变率时较小;在峰值强度前后,加载应变率越小,塑性变形特征越明显.     

尺寸效应对纳米银杆拉伸力学特性的影响

采用分子动力学方法研究了圆柱纳米银杆沿[001]晶向单向拉伸时的力学特性，纳米银杆拉伸时所表现出的特性与其宏观特性基本一致．拉伸过程分为弹性变形和塑性延展2个阶段：在弹性变形阶段，应力随应变的增大呈线性增大；在塑性延展阶段，应力则表现出反复振荡，系统由一种结构经错动、滑移演化为另一种结构，是造成此种现象的一个重要原因．研究结果表明，随纳米银杆整体尺寸的增大，纳米杆的弹性模量增大、弹性极限应力减小，并都随整体尺寸的增大而趋于宏观值．随着纳米杆单方向的减小，纳米银杆的弹性模量和弹性极限应力均有不同程度的增加，并不随单方向的增加表现出趋于宏观值的一致规律．     

热循环频率对铸态Zn-Al合金相变超塑性的影响

用恒载荷蠕变法研究了热循环频率对质量分数为5％的铝的铸态Zn-Al合金相变超塑性的影响。研究结果表明，在温度为20～350℃循环条件下进行拉伸时，铸态Zn—Al合金的延伸率能超过100％，呈现相变超塑性特征。改变热循环频率对铸态Zn-Al合金的相变超塑性有很大影响。若保持循环温度和外加载荷不变，随着热循环频率的提高，铸态Zn-Al合金的相变超塑性延伸率增大，而准稳态蠕变阶段的应变速率则有所降低。Zn-Al铸态合金的这种相变超塑性与共析相变过程中新、旧相间的界面行为有很大关系，相变过程中产生的内应力在外应力的偏置作用下使新、旧相界面间的Zn-Al合金发生牛顿粘滞性流动，而界面间的原子扩散对热循环中Zn-Al合金的变形起着重要的协调作用。     

FeCr相与AlCo相在AlCoCrCuFeNi高熵合金涂层摩擦过程中的作用分析

采用冷喷涂辅助原位合成方法制备AlCoCrCuFeNi_x(x=0.5,1)高熵合金涂层,对涂层微观组织结构和摩擦磨损性能进行表征和测试.然后采用分子动力学的方法模拟了高熵合金涂层中AlCo相和FeCr相的摩擦过程,模拟分析了高熵合金涂层中AlCo相和FeCr相对高熵合金摩擦性能的影响.结果表明：在相同的摩擦条件下,AlCo相所受到的摩擦力大于FeCr相所受到的摩擦力,AlCo相的磨损量要大于FeCr相的磨损量.AlCo相在摩擦过程中产生了粘附与脱附原子,导致总摩擦力上升,而在FeCr相摩擦过程中,没有发现明显的粘附原子.AlCo相内部产生了明显的位错结构,位错总长度随摩擦距离的增加持续增加,并且在摩擦的最终阶段产生了两种混合位错结构,但是在FeCr相的内部并没有发现位错结构.说明FeCr相对AlCoCrCuFeNi高熵合金涂层的耐磨性能有更大的贡献.     

含稀土镁合金的热拉伸变形行为及性能研究

本文在结合镁合金常用塑性加工工艺基础上,采用Gleeble一1500D热模拟机,在温度分别为573K、633K、693K,应变速率在0．05—10．8s^-1之间的条件下,对ME21镁合金进行高温快速拉伸试验。结果表明：合金的稳态流变应力随温度的升高而降低,随应变速率的增大而增大。同一应变速率下,峰值应力随温度的增高而出现得更晚。从应力应变曲线上也能反映合金在变形阶段产生了动态再结晶。在试验条件范围内合金的高温拉伸性能强度随变形温度的升高而减小,伸长率随变形温度的升高而增大。     

单晶硅纳米级压痕过程分子动力学仿真

对内部无缺陷的单晶硅纳米级压痕过程进行了分子动力学仿真,从原子空间角度分析了单晶硅纳米级压痕过程的瞬间原子位置、作用力和势能等变化,解释了压痕过程.研究表明:磨粒逐渐向单晶硅片的逼进和压入,使得磨粒下方的硅晶格在磨粒的作用下发生了剪切挤压变形,磨粒作用产生的能量以晶格应变能的形式贮存在单晶硅的晶格中(即硅原子间势能),因此硅原子间势能随着力的增加而不断增加,当超过一定值且不足以形成位错时,硅的原子键就会断裂,形成非晶层,堆积在金刚石磨粒的下方.当磨粒逐渐离开单晶硅片时,非晶层原子进行重构,释放部分能量,从而达到新的平衡状态.     

NiTi形状记忆合金的热变形行为及热加工图

为了获得镍钛形状记忆合金塑性加工最佳工艺参数,采用等温压缩实验研究了名义成分为Ni_(50.9)Ti_(49.1)(原子分数)的形状记忆合金在温度为600~1 000℃和应变为0.001~1 s_(-1)条件下的变形行为,并基于动态材料模型构建了该合金的热加工图。结果表明,当应变速率一定时,Ni_(50.9)Ti_(49.1)合金的流变应力随着变形温度的升高而减小;而当变形温度一定时,流变应力随着应变速率的增大而增大。Ni_(50.9)Ti_(49.1)合金的高η值区域随着真应变的增大而逐渐减小,且该Ni_(50.9)Ti_(49.1)合金的热变形失稳区随着真应变的增大而增大,这说明材料的热加工性能随着变形程度的增大而变差。Ni_(50.9)Ti_(49.1)合金的最佳热加工区域为具有高η值的稳定加工区,即温度为700~950℃,应变速率为0.005~0.05 s_(-1)。     

极地低温下GFRP管-混凝土短柱循环轴压性能

为了推广GFRP管-混凝土柱在极地基础设施建设中的应用，开展了14个GFRP管-混凝土短柱在极地低温环境下的轴压试验，主要研究参数为温度和GFRP管的径厚比．试验结果包括试验现象与破坏模式、荷载-应变曲线、塑性应变、刚度退化和耗能能力等．试验结果表明：所有试件破坏模式均为GFRP管环向撕裂，发生脆性破坏；单调加载下组合柱的荷载-应变曲线与循环加载下组合柱的荷载-应变曲线的包络线基本吻合，但循环荷载作用下组合柱的极限荷载和峰值应变略低于单调荷载作用下的组合柱；随着温度的降低，组合柱的极限荷载逐渐增大，峰值应变逐渐减小；循环荷载作用下，GFRP管-混凝土短柱的塑性应变与卸载点应变呈线性关系，且温度影响不大，混凝土强度是影响两者关系的主要因素；随着竖向应变的增大，GFRP管-混凝土短柱的刚度逐渐降低，且降低速率逐渐减小；GFRP管-混凝土短柱的等效黏滞阻尼系数逐渐增大，且增大速率逐渐降低．综合以上分析，采用“最远点”法确定GFRP管-混凝土短柱的名义屈服点，并提出了GFRP管-混凝土短柱在低温下的设计方法和设计流程，分别从强度、变形和GFRP管利用率3个角度来衡量试件设计的安全储备，为GFR...     

Q345钢低温形变微纳米级铁素体制备实验研究

为了充分激发钢材自主控制晶粒的潜力,以Q345为研究对象,采用Gleeble-3500热模拟试验机进行低温大塑性平面变形实验,研究了低温大变形下制备微纳米级晶粒的工艺条件.实验中变形温度为500～700℃,应变速率为0.01～1 s-1,并借助数值模拟技术确定出了单道次平面压缩实验最大可产生4.0以上的塑性应变.根据实验金相分析结果,得出了Q345钢低温大变形下铁素体晶粒细化以动态再结晶为主和晶粒尺寸与Z因子的关系,且获得的铁素体晶粒尺寸小于1μrn.实验结果表明,Q345钢低温大塑性形变制备微纳米级铁素体组织是可行的.     

温度对Cu-Zn-Al合金的伪弹性和形状记忆效应的影响

在拉力试验机上用电测法测绘了Cu-Zn-Al合金在马氏体相变点上下各温度的σ-ε曲线,所得主要结果如下:(1)试样在M_s与M_d之间加载,随着温度升高,诱发马氏体相变所需临界应力增大,且加载温度与临界应力之间存在着线性关系;(2)在A_f点以上加载,理论上可获得完全的伪弹性,但加载温度过高或应变量过大,均会损害伪弹性;(3)试样在M_s点上下温度区域变形,得到的伪弹性回复和形状记忆回复之和在80%以上,但在M_s点附近总回复量出现一极小值,且伪弹性回复在M_f点以下又有所回升。     

Al-1%Si合金剧烈塑性变形中Si元素形态对合金组织与性能的影响

合金元素能够以固溶态或纳米颗粒析出形态影响铝合金变形过程中微观组织演化,但哪种形态对铝合金微观组织影响更显著仍有争议.以Al-1%Si合金为研究对象,通过在变形前改变硅原子析出态与固溶态的比例,利用多道次累积叠轧焊方法实现大变形,对比研究了在微观组织和力学性能达到饱和状态过程中纳米析出硅颗粒、晶粒尺寸和位错密度的演化,以比较固溶原子与析出颗粒对铝合金变形过程中组织及性能的影响.结果表明,初始样品中固溶原子越多,析出颗粒越少,变形后饱和位错密度更高,晶粒尺寸更小,对应屈服强度更高.Al-1%Si合金中弥散分布的固溶硅原子比同质量的纳米析出硅颗粒阻碍位错动态回复的总效果更好,与位错理论分析相符.材料内位错回复能力也会影响饱和晶粒尺寸,位错回复能力越强,饱和晶粒尺寸更大.     

含Sc铝镁合金超塑变形行为与显微组织特征

研究了含微量Ｓｃ元素的ＡｌＭｇ合金在超塑变形过程中的力学行为和显微组织．结果表明：合金可在较宽温度和应变速率范围内获得良好的超塑性．在温度为５２０℃,初始应变速率为１６７×１０－３ｓ－１条件下拉伸变形时最大延伸率可以达到３９６％．显微组织分析发现,合金的超塑性效应是由变形初期的动态再结晶诱发产生,其超塑变形过程可分为亚晶超塑性阶段、过渡阶段和细晶超塑性阶段．