塊體非晶合金層裂微損傷演化行為表征

《塊體非晶合金層裂微損傷演化行為表征》是依託中國科學院力學研究所，由凌中擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：塊體非晶合金層裂微損傷演化行為表征
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：凌中
• 依託單位：中國科學院力學研究所

項目摘要

非晶合金層裂特性是其重要衝擊拉伸性能之一。儘管已經獲知Zr基塊體非晶合金衝擊載荷下層裂是在百納秒內納微米量級微孔洞成核、長大和連線所致，但是定量表征非晶合金層裂微孔洞演化行為研究少見報導。考慮到層裂行為依賴微結構效應而且率相關，演化過程中微孔洞成核、長大、連線與材料的微結構效應及變形機制密切相關，本工作擬基於層裂微孔洞成核、長大演化的物理過程，基於非晶合金特有的納微結構本徵回響，探索Zr基塊體非晶合金層裂微孔洞成核、長大演化機制，建立適宜描述非晶合金層裂微孔洞成核、長大演化模型並獲得微孔洞成核、長大規律；對非晶合金層裂涉及到原子分子層面、與非晶合金特有微結構以及微結構缺陷直接關聯的微孔洞演化行為進行數值模擬表征。 通過對非晶合金層裂微孔洞演化行為的定量表征揭示衝擊載荷下非晶合金層裂微孔洞演化誘致材料破壞的物理內涵、全面理解認識非晶合金層裂特性以及非晶合金室溫下拉伸斷裂機理。

結題摘要

本項目基於非晶合金層裂微損傷演化行為分別從實驗、機制、數值模擬三大方面進行了研究。發展“多脈寬-短脈寬-層裂微損傷實驗技術”，在控制撞擊應力幅值條件下將應力脈寬控制在100ns量級，有效捕捉非晶合金層裂微損傷演化初期信息。基於短脈寬層裂演化實驗結果，進行非晶合金層裂微損傷微孔洞微觀實驗觀測，並對所獲得的非晶合金層裂樣品中微孔洞演化行為進行微觀表征。結果表明在一維應變載入條件下非晶合金層裂微損傷初期源於納微米孔洞成核，隨著演化進程發展，納微孔洞發展成微裂紋。在實驗表征基礎上研究非晶合金層裂微孔洞長大微觀機制以認知非晶合金微孔洞成核長大行為。鑒於其獨特的微結構、微缺陷及其微變形機制， 基於非晶合金層裂實驗觀測結果和現象，研究非晶合金層裂微孔洞長大現象，探討其長大機制，研究微孔洞失穩的臨界條件，微孔洞的動態長大規律。基於對“凍結”在樣品中的100-1000nm的微裂紋進行高倍顯微形貌觀測，對Zr基非晶合金樣品中幣形微裂紋進行了研究。採用分子動力學方法模擬非晶合金材料本徵微缺陷與微孔洞成核長大行為，實現了在納米微米尺度下材料微損傷演化行為的模擬表征。模擬研究了非晶合金微孔洞成核演化初期的韌脆轉變機，進行了靜水拉伸應力作用下原子局域無序度的表征，解釋了微孔邊鄰域中原子團簇演化與微孔洞成核演化關聯。