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物理学报 2016年第4期65卷 227-239页

作者：许福李科锋邓旭辉张平龙志林湘潭大学土木工程与力学学院湘潭411105

近年来,基于非晶合金名义弹性区的流变力学行为探索其结构及形变机理是非晶合金领域研究的热点之一.本文根据非晶合金结构不均匀性的特征,提出能够比拟树状分形网络结构的分数阶微分流变模型研究非晶合金的黏弹性行为.通过室温纳米压痕... 详细信息

近年来,基于非晶合金名义弹性区的流变力学行为探索其结构及形变机理是非晶合金领域研究的热点之一.本文根据非晶合金结构不均匀性的特征,提出能够比拟树状分形网络结构的分数阶微分流变模型研究非晶合金的黏弹性行为.通过室温纳米压痕实验,对三种不同泊松比和玻璃化转变温度的非晶合金的黏弹性变形行为进行了研究.实验结果表明:在表观弹性区,非晶合金的变形表现出与加载速率相关的线性黏弹性性质.根据Riemann-Liouville分数阶微积分定义,分别由分数阶微分及整数阶Kelvin模型对实验结果进行了分析.分析结果表明:相对于整数阶流变模型,分数阶微分流变模型能更精细地表征材料的黏弹性变形特征;在流变模型参数中,黏性系数ηA和分数阶次α反映出材料的流变特性和流动趋势,流变参数与玻璃转变温度、泊松比之间具有较好的相关性,上述相关性有助于从微观结构角度理解材料塑性与泊松比的关联.

关键词：非晶合金分数阶微分流变模型黏弹性本构参数

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块体非晶合金黏弹性行为分析

块体非晶合金黏弹性行为分析

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作者：陈舒敏湘潭大学

学位级别：硕士

块体非晶合金以其优异的力学性能及广阔的应用前景,近年来引起了国内外的广泛关注。非晶合金的结构及形变机制至今还没有得到完全理解,从而制约了这类材料的应用。本文以Zr基和Fe基体系块体非晶体合金为研究对象,基于纳米压痕实验和数... 详细信息

块体非晶合金以其优异的力学性能及广阔的应用前景,近年来引起了国内外的广泛关注。非晶合金的结构及形变机制至今还没有得到完全理解,从而制约了这类材料的应用。本文以Zr基和Fe基体系块体非晶体合金为研究对象,基于纳米压痕实验和数值模拟相结合的方法,针对非晶态合金的室温流变力学变形行为进行了系统而定量的工作。本文主要得到如下结果：1.提出了式ε=1/mt (ε为应变速率,t为加载时间,m为拟合系数)对加载阶段的应变速率进行表征,结果显示,式ε=1/mt能很好的表征加载阶段应变速率的变化规律。同时发现,随着加载速率的增加,在相同压痕深度下,加载速率越大,应变速率也越大。2.纳米压痕载荷保持阶段,研究了加载速率和最大载荷对Zr基块体非晶合金蠕变行为的影响,结果显示,随着加载速率的增加,蠕变位移增加,随着最大载荷的增加,蠕变位移增加。载荷保持阶段阶段的位移-时间曲线采用经验公式进行拟合,通过计算得到重要参数蠕变应力指数n,随着最大载荷的增加蠕变应力指数n增加,却随着加载速率的增加而减小。并基于自由体积理论对蠕变应力指数随着加载速率和最大载荷的变化规律进行解释。3.根据分数阶微分的Riemann-Liouville定义讨论分数阶弹壶模型的性质,将非晶态合金的微观结构与由分数阶弹壶拓展的分数阶Burgers体模型相结合建立块体非晶态合金的分数阶导数本构模型。基于获得的蠕变曲线和加载曲线,对分数阶导数流变本构模型的参数进行了拟合分析,确定了模型中的参数α(分数阶次),结果表明,α呈现加载速率敏感性,并与该合金的蠕变应力指数(n)变化趋势相反,这说明α与外载荷作用下的非晶合金微结构演化关联。4.非晶态合金的结构呈内部动态非均匀性,即纳米尺度下由类液态和类固态区域组成,提出用“核-壳”模型来描述非晶态合金结构。在块体非晶合金屈服点前基于赫兹理论解和三参数模型推导出“核-壳”模型的载荷-位移(P-h)关系式,利用推导得到的P-h关系式对Zr基和Fe基块体非晶合金在不同加载条加载速率下的加载曲线进行拟合,结果显示,“核-壳”模型能很好地描述非晶态合金加载阶段的黏弹性变形行为变形行为,且模型参数具有明确的物理意义。讨论了非晶态合金的结构非均匀性对剪切模量的影响。

关键词：块体非晶合金纳米压痕蠕变分数阶微分流变模型黏弹性结构非均匀性剪切模量

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