《微尺度金屬材料循環扭轉變形行為實驗研究與分析》是依託華中科技大學，由何玉明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微尺度金屬材料循環扭轉變形行為實驗研究與分析
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：何玉明
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
服役中的各種微構件通常因承受循環應力作用而失效, 對其循環變形行為的研究已成為力學與材料科學領域的前沿科學問題。本項目擬採用以實驗研究為主數值分析為輔的研究方法，重點對微米級金屬絲循環變形中的尺度效應、反常包辛格效應、循環硬化與軟化以及棘輪效應進行深入研究。在實驗技術方面，擬研製一套具有高靈敏度和寬量程特點的循環微扭矩感測器，在自行研製的微拉伸-微扭轉實驗平台上實現循環扭轉功能，對10-100μm直徑範圍金屬絲的循環變形行為進行實驗研究。在數值分析方面，擬發展基於不同應變梯度塑性理論的有限元框架，採用微扭轉實驗確定本構模型中的內稟材料長度，對微尺度金屬材料的循環變形行為進行有限元分析，對比並驗證現有本構模型的有效性。課題組對循環微扭轉實驗已經進行了初步探索，獲得了一些有價值的實驗結果，如目前國內外首個細銅絲多循環扭轉實驗結果，這些工作為本項目的順利開展奠定了堅實基礎。
結題摘要
在微納米尺度下，金屬材料的彈塑性力學行為與巨觀尺度相比表現出明顯的差異。本項目對微尺度金屬材料的力學性能表征方法、循環/單向變形行為等進行了深入研究。創新性成果包括：(1) 基於扭秤/扭擺原理，提出了兩種測量單纖維扭轉力學性能的方法，並成功研製了相應的實驗裝置。該裝置可同時實現微尺度材料的單向和循環扭轉測試，其扭矩分辨力在 量級。(2) 對微米尺度多晶銅絲和金絲進行了循環扭轉測試，結果表明：微米尺度金屬絲在循環扭轉塑性變形時，不僅具有尺度效應，還表現出強烈的Bauschinger效應和異常的塑性恢復現象，即反向的塑性流動在卸載時就開始發生。基於Fleck-Willis理論框架，提出了一個同時包含耗散和儲能材料長度參量的非局部隨動強化模型，能夠描述上述實驗現象。以通過熱處理後具有不同內部晶粒尺寸直徑為20, 50μm的金絲為研究對象，採用微扭轉和微拉伸實驗，研究了應變梯度效應和Hall-Petct效應對金屬絲力學性能的影響，發現二者存在競爭關係。(3) 對複雜應力情形下的位錯塞積行為進行了分析，推導了一個可以預測微尺度多晶材料非均勻變形尺度效應的應力梯度塑性律；將該塑性律引入到CMSG低階應變梯度理論框架，提出了一種應力梯度塑性連續介質理論。該理論能夠預測微扭轉和微彎曲實驗中的尺度效應。(4) 基於應變梯度彈性理論/偶應力理論，對微構件的尺度效應進行了系統的理論研究與計算分析。對微尺度單元(微梁、微板、微殼等)的靜、動態力學行為進行了系統研究，給出了不同邊界條件下的解析解。在數值模擬研究方面，構造了幾種新的結構單元，如非局部梁單元和板單元等。 在項目執行期間，在國際SCI期刊上發表論文27篇，獲發明專利2項；參加學術會議18人次。培養了30歲以下的青年教師1名；培養博士生5名，其中3名畢業，2名在讀。
