块体非晶合金黏弹性行为分析

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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。

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作者
陈舒敏;
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作者单位

湘潭大学;

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授予单位湘潭大学;
学科一般力学与力学基础
授予学位硕士
导师姓名龙志林;
年度 2014
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TG139.8;
关键词
块体非晶合金; 黏弹性分析; 纳米压痕蠕变; 分数阶微分流变模型; 结构非均匀性; 剪切模量;

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