基于高阶应变梯度塑性理论的受限薄层剪切问题研究

作     者：华奋飞 罗彤 雷剑 刘大彪 Hua Fenfei;Luo Tong;Lei Jian;Liu Dabiao

作者机构：华中科技大学航空航天学院武汉430074 湖北省工程结构分析与安全评价重点实验室武汉430074 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2024年第56卷第2期

页      面：399-408页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080102[工学-固体力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(12002129,11702103) 湖北省自然科学基金(2022CFB288)资助项目 

主　　题：应变梯度塑性 剪切变形 尺度效应 钝化效应 高阶边界条件 

摘      要：针对受限金属薄层在剪切塑性变形时出现明显尺度效应这一问题,现有理论分析多采用纯剪切假设和传统钝化边界条件,其理论预测与实验结果不符.文章采用黏弹塑性本构模型,对Gudmundson高阶应变梯度塑性理论进行了有限元实现,深入研究了金属薄层受限剪切的塑性变形机理.考虑因界面倾斜引起的附加压应力,采用自定义平面单元对材料的压缩-剪切组合变形进行了有限元模拟.根据表面解锁的物理机制,引入“软-硬中间态的边界条件.结果表明,在压缩-剪切组合变形条件下,受限薄层的剪切流动应力明显低于纯剪切条件下的流动应力,而压应力的存在降低了剪切屈服强度.利用周期性钝化边界条件,能够定量描述界面处几何必需位错饱和引起的边界条件变化,理论预测与实验结果吻合.相关研究揭示了加载方式和高阶边界条件在受限薄层剪切尺度效应问题中的重要作用.