本文關(guān)鍵詞： 準(zhǔn)連續(xù)多尺度方法 孔洞 晶界 納米壓痕　出處：《合肥工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：先進(jìn)塑性成形技術(shù)在很多方面發(fā)揮著越來越重要的作用,如促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展,推動國防現(xiàn)代化和提高國家競爭力等。材料的初始塑性變形對后續(xù)塑性變形起著重要的作用,目前通過無缺陷材料的納米壓痕過程對初始塑性變形的研究已經(jīng)有了一定的深度,然而材料并不是完美無缺陷的,因此,進(jìn)一步研究孔洞、晶界等缺陷對材料初始塑性變形行為的影響具有極其重要的意義。本文通過QC方法分別建立含有孔洞以及晶界的多尺度計算模型,探究孔洞以及晶界對材料初始塑性變形的影響。本文采用準(zhǔn)連續(xù)多尺度方法建立了有、無孔洞的多尺度納米壓痕模型,發(fā)現(xiàn)了晶體中存在孔洞時位錯發(fā)射的遲滯現(xiàn)象,并對位錯發(fā)射遲滯現(xiàn)象的原因進(jìn)行了計算分析。討論了多種參數(shù)如孔洞形貌、大小和位置對納米壓痕過程位錯發(fā)射的影響。結(jié)果表明,孔洞形貌對位錯發(fā)射的遲滯效應(yīng)無影響,對于特定大小的孔洞,孔洞對位錯發(fā)射遲滯現(xiàn)象的影響存在一個臨界距離,當(dāng)孔洞與壓頭的距離大于此臨界距離時,不存在位錯發(fā)射的遲滯現(xiàn)象；臨界距離隨著孔洞的增大而增大。為揭示孔洞缺陷對材料彈性模量和屈服強(qiáng)度的影響,本文采用準(zhǔn)連續(xù)多尺度方法模擬研究了壓頭正下方矩形以及橢圓孔洞幾何參數(shù)、孔洞深度對材料彈性模量及屈服強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明,當(dāng)孔洞與壓頭的距離較遠(yuǎn)時,孔洞對其彈性模量及屈服強(qiáng)度影響很��；當(dāng)孔洞與壓頭的距離較近時,薄膜材料的彈性模量及其屈服強(qiáng)度隨著孔洞水平尺寸a的增大而降低,然而其隨著孔洞豎直尺寸b的增大而升高,當(dāng)b達(dá)到一定值后,孔洞對薄膜材料彈性模量及屈服強(qiáng)度的影響甚微。并通過變化橢圓孔洞長短軸比值b/a,得到了橢圓孔洞長短軸比值與彈性模量及屈服強(qiáng)度的關(guān)系,隨著b/a數(shù)值的增大其彈性模量及屈服強(qiáng)度增大,當(dāng)b/a=4時,孔洞對薄膜材料納米壓痕過程中的彈性模量以及屈服強(qiáng)度影響已經(jīng)很小。最后,建立了含有晶界的雙晶材料多尺度模型,探究了晶體取向及上層膜厚度對初始位錯發(fā)射情況的影響。結(jié)果表明,對于不同晶體取向單晶材料的納米壓痕過程,初始塑性變形的臨界載荷顯著不同,這是由于該晶體取向下位錯發(fā)射的容易決定的；對于由上述晶體取向構(gòu)成的雙晶材料,上層膜厚度顯著影響著雙晶材料的初始塑性變形行為,材料的屈服強(qiáng)度有隨著上層膜厚度的增加而增大的趨勢,對于不同取向的上層膜發(fā)生上述趨勢的機(jī)理不同。
[Abstract]:Advanced plastic forming technology plays a more and more important role in many aspects, such as promoting the development of national economy. The initial plastic deformation of materials plays an important role in subsequent plastic deformation. At present, the study of initial plastic deformation has a certain depth through the nano-indentation process of non-defect materials. However, the materials are not perfect, so further study of pores. The influence of grain boundary and other defects on the initial plastic deformation behavior of materials is very important. In this paper, a multi-scale calculation model with holes and grain boundaries is established by QC method. In order to explore the effect of porosity and grain boundary on the initial plastic deformation of materials, a multi-scale nano-indentation model with and without pores is established by using quasi-continuous multi-scale method. The phenomenon of dislocation emission hysteresis in the presence of holes in crystals was found, and the causes of dislocation emission hysteresis were calculated and analyzed, and various parameters such as pore morphology were discussed. The results show that the pore morphology has no effect on the hysteresis effect of dislocation emission, but it has no effect on the specific size of the pore. When the distance between the hole and the pressure head is larger than this critical distance, there is no dislocation emission hysteresis. The critical distance increases with the increase of the porosity. In order to reveal the influence of the pore defects on the elastic modulus and yield strength of the material. In this paper, quasi-continuous multi-scale method is used to simulate and study the effects of geometric parameters of rectangular and elliptical holes under the pressure head and the depth of the holes on the elastic modulus and yield strength of the materials. When the distance between the hole and the pressure head is long, the influence of the hole on the elastic modulus and yield strength is very small. The elastic modulus and yield strength of the thin film decrease with the increase of the horizontal pore size a, but increase with the increase of the vertical size b of the pore when the distance between the hole and the pressure head is close. When b reaches a certain value, there is little effect on the elastic modulus and yield strength of the thin film, and the ratio b / a of the long and short axis of the elliptical hole is changed by changing the ratio of the long and short axis of the elliptical hole. The relationship between the ratio of long and short axis of elliptical holes and elastic modulus and yield strength is obtained. The elastic modulus and yield strength increase with the increase of b / a value, when b / a = 4:00. The effect of pore on the elastic modulus and yield strength of nanocrystalline indentation is very small. Finally, a multi-scale model of double-crystal material with grain boundary is established. The effect of crystal orientation and film thickness on initial dislocation emission is investigated. The results show that the critical load of initial plastic deformation is significantly different for the nanocrystalline indentation process of single crystal materials with different crystal orientations. This is because the dislocation emission under the crystal orientation is easy to determine; For the bicrystalline material which is composed of the above crystal orientation, the thickness of the upper layer obviously affects the initial plastic deformation behavior of the double crystal material, and the yield strength of the material increases with the increase of the thickness of the upper film. The mechanism of the above trend is different for the films with different orientations.
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O77;TB303

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本文編號：1473949