块体非晶合金纳米压痕行为及其数值模拟

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非晶合金优越的物理性能如超高强度、大的弹性限度和高的硬度已引起研究者广泛关注。非晶合金的独特性能来源于其特有的原子结构,如结构像液态般长程无序。时至今日此种独特的结构仍未被人们清楚认识。探究非晶合金的微观结构与力学行为的关联,是目前材料科学和凝聚态物理领域研究的热点。本文主要研究内容包括以下三部分:(1)Pd基块体非晶合金在纳米压入过程中的间歇性塑性流动;(2)非晶合金在纳米压痕蠕变过程中的微观结构演化;(3)块体非晶合金纳米压痕行为及其有限元模拟。本文主要得到如下结果:1.利用消除干扰法,将锯齿流变的速度信号从加载阶段的位移速度信号中分离出来,基于分离信号对Pd40Cu30Ni10P20非晶合金在不同加载速率下的锯齿流变进行系统分析。发现随着加载速率的增加,纳米压入过程中发生锯齿流变的次数n、总的锯齿流位移长度hser以及平均持续时间(35)t都呈减小趋势,而锯齿流变的平均速度(?)则增大。2.基于协同剪切模型,计算了Pd40Cu30Ni10P20非晶合金的STZ体积,分析了STZ同加载速率和载荷之间的关系。对照实验曲线的锯齿现象,给出合理的解释。3.以分数阶微分理论为基础,结合非晶合金在外载荷作用下的微观结构演化,建立了以分数阶微分表示的非晶合金压痕蠕变位移-时间关系式。基于推导的解析式,对钯基块体非晶合金(Pd40Cu30Ni10P20)在不同加载速率和不同最大载荷下的纳米压痕蠕变位移-时间曲线进行了非线性拟合分析。发现非晶合金的蠕变行为存在着显著的加载条件敏感性。4.根据拟合得到模型参数对不同加载条件下的微观流变单元演化进行了系统分析,并比较了三种具有不同塑性变形能力的非晶合金的流变单元演化规律,发现非晶合金的塑性变形能力与其内部的黏弹性流变单元存在着密切相关性。5.将Zr48Cu32Ni4Al8Ag8非晶态合金纳米压痕实验所得数据与有限元的分析结论进行比对,得知Drucke-Prager(D-P)准则能更准确的表述本文非晶合金的塑性行为。应用Abaqus软件仿真分析尖压头的实验过程,得到尖端压头附近区域的等效应力,应变及堆起分布。
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