《塊體金屬玻璃基複合材料細觀本構模型研究》是依託西南交通大學，由張娟擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：塊體金屬玻璃基複合材料細觀本構模型研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張娟
- 依託單位：西南交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對金屬玻璃基複合材料力學行為以及本構模型研究方面的不足，通過系統的巨觀和微觀實驗研究，了解第二相增韌金屬玻璃基複合材料的單調拉伸、壓縮以及單軸循環變形的特徵和微觀機理，並結合有限元模擬討論不同微結構特性對複合材料力學行為的影響；進而在自由體積模型以及均勻化理論的基礎上，引入能夠反映複合材料增韌機理以及微結構特徵的參數，同時考慮循環變形中的加卸載規律以及循環軟/硬化規律，在細觀層次得到一個能夠合理描述複合材料單軸拉伸、壓縮以及循環變形行為的本構模型。研究結果將會豐富對塊體金屬玻璃基複合材料的力學行為的認識，促進該材料在工程結構中的套用，同時又可為該類材料構件的設計以及壽命評估提供理論基礎，具有重要的理論意義和工程套用價值。
結題摘要
金屬玻璃獨特的微觀結構使得其具有許多優良的力學性能，然而它所表現出來的巨觀脆性嚴重限制了其在工程結構上的套用。為了增加金屬玻璃的韌性，研究者們在金屬玻璃中引入晶體相，製備出既具有高強度又具有良好韌性的金屬玻璃基複合材料。由於金屬玻璃複合材料具有良好的力學性能，因此具有廣闊的套用前景。針對目前金屬玻璃基複合材料力學行為以及本構模型研究方面的不足，本項目首先通過巨觀實驗、微觀觀察以及納米壓痕實驗，了解金屬玻璃基複合材料的單調拉伸、壓縮以及單軸循環變形的特徵和變形以及失效機理。然後藉助UMAT用戶子程式將改進的自由體積模型引入ABAQUS軟體，建立了二維和三維的代表性體積單元，模擬了金屬玻璃基複合材料在單軸拉伸和壓縮載荷作用下的變形過程，討論了顆粒體積分數、形狀、分布規律以及材料參數等微結構參數對複合材料中剪下帶的演化以及複合材料韌性的影響。進而基於自由體積模型，引入能夠有效反映納米孔洞形核和匯聚的演化方程，在連續介質熱力學框架下構建了一個能夠合理描述金屬玻璃失效的三維本構模型；最後採用廣義Mori-Tanaka（M-T）方法和二次均勻化方法，構建了一個能夠合理描述金屬玻璃基複合材料變形和局部失效行為的細觀本構模型，對金屬玻璃基複合材料在單調拉伸和壓縮時的應力-應變行為及失效行為進行了合理地描述和預測。項目的研究結果豐富了對塊體金屬玻璃基複合材料的力學行為的認識，所建立的本構模型可為該類材料構件的設計以數值分析提供理論基礎，促進金屬玻璃基複合材料在工程結構中的套用，具有重要的理論意義和工程套用價值。
