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科研进展
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循环塑性中随动硬化的位错阱模型
发表时间:2018-09-13 阅读次数:189次

        金属的循环塑性变形中广泛存在随动硬化现象。随动硬化源自于微观位错结构的非均匀排列。在多晶材料中,塞积在晶界位置的极化位错构成了随动硬化。而在单晶中,极化位错胞形成的墙结构形成了随动硬化。同时,随动硬化还关联于Bauschinger效应、循环硬化/软化、平均应力松弛等行为。

        近几十年以来,众多学者开展了大量的实验和理论研究,发展的模型涵盖了从微观尺度的物理模型到宏观尺度的唯象模型。宏观模型越发趋于复杂和唯象,逐渐远离物理本质;而微观模型基于位错运动,受到计算能力的限制,难以应用于宏观结构计算。因此,发展具有微观物理意义,同时兼顾工程结构计算的随动硬化模型具有重要意义。

        本研究在经典位错塞积模型基础上,受到量子力学理论有限深方势阱模型的启发,提出了描述金属随动硬化的假想位错阱模型。主要研究内容和结论如下:

        (1) 当在位错阱模型中同时引入轴对称关系,位错阱在循环载荷下的随动硬化响应,与经典Ohno-Wang模型处于单轴载荷作用下的演化形式保持一致。隧穿因子为零时,位错无法发生隧穿,而只能在塞积到达最大容量后发生溢出;当隧穿因子大于零时,位错在塞积过程中,同时发生隧穿行为。在单个周期的应力循环中产生隧穿位错增量,即构成棘轮应变;

        (2) 应用轴对称位错阱模型进行多晶胞元的循环塑性变形模拟,发现当晶粒各处具有相同的塞积位错容量且隧穿因子为零时,多晶胞元不产生棘轮效应;而当隧穿因子大于零,多晶胞元产生显著棘轮效应。定义位错阱的塞积容量是物质点到邻近晶界距离的函数时,即离晶界越远的点具有更高的塞积位错容量,在多晶胞元的晶界处产生显著的晶界位错塞积效应。

论文信息:Shiwei Han, Duoqi Shi*, Xiaoguang Yang, Jia Huang, Yantao Sun, A hypothetical dislocation well model for kinematic hardening in cyclic plasticity, International Journal of Plasticity, 2018, https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2018.06.015.