《一種考慮微尺度金屬材料損傷的應變梯度理論》是依託北京理工大學，由姚寅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：一種考慮微尺度金屬材料損傷的應變梯度理論
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：姚寅
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
特徵尺寸為微米量級的金屬材料，其力學性能表現出明顯的尺度效應，應變梯度理論是一種刻畫金屬材料微尺度效應的可行工具之一。然而，已有應變梯度理論基本都假設材料發生完美彈塑性變形，未考慮微尺度材料變滲設試永形引起損傷的破壞行為。本項目旨在發展一種表征微尺度金屬材料變形及損傷力學行為的應變梯度理論。首先，開展若干微尺度損傷實付尋驗，研究不同微尺度金屬材料從載入到破壞過程中力學行為的尺寸效應，並定量表征材料的損傷行為。其次，將損傷參量引入低階塑性應變梯度理論，建立考慮損傷效應的應變梯度本構方程和損傷演化方程，形成完整的損傷應變梯度理論地霉精格。最後，套用損傷應變梯度理論表征不同的實驗現象，驗證理論模型，描述微尺度金屬材料的損傷失效行為，揭示微尺度損傷對材料力學性能的影響，並分析材料損傷與內稟長度和材料特徵尺度的相關性。本項目成果有望為微尺度金屬材料結構安全服役提供更全面的理論指導。
結題摘要
特徵尺寸為微米量級的金屬材料，其力學性能表現出明顯的尺度效應，應變梯度理論是一種刻畫金屬材料微尺度效應的可行工具之一。然而，已有應變梯度理論基本都假設材料發生完美彈塑性變形，未考慮微尺度材料變形引起損傷的破壞行為，特別是對於微米顆粒增強金屬基複合材詢符充料，理論預測結果與實驗數據存在較明顯誤差。本項目基於C-W低階應變梯度理論和連續介質損兵槓拜傷力學發展了一種考慮損傷的低階應變梯度理論，該理論模型中不包含任何高階應力和高階應變率，應變梯度僅作為內變數影響材料切線硬化模量，而材料彈性模量與內稟長度都受損傷的影響。運用該理論分析了細絲扭轉與微薄臂梁彎曲問題，發現隨結構變形增大，材料剛度逐漸減小，理論預測與實驗數據吻合；進一步利用該理論描述微米顆粒增強金屬基複合材料內部的基體損傷行為，並結照項洪合考慮界面脫膠機制的非線性細觀力學模型，解析預測了複合材料的服婚乎拘役行為，相應理論結果與實驗數據符合較好，精確刻畫了顆粒的尺寸效應、基體的損傷效應及界面脫膠的影響。本項目研究成果能夠為精準預測微尺度金屬材料力學行為提供有效的理論工具，為微米器件及微顆粒增強先進複合材料體系的最佳化設計提供理論指導，並發展了微尺度力學和損傷力學。
