块体金属玻璃基复合材料变形行为的细观有限元模拟

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1、国内图书分类号：O344.1密级：公开国际图书分类号：O345西南交通大学研究生学位论文块体金属玻璃基复合材料变形行为的细观有限元模拟年级二零一五级姓名刘杰申请学位级别工学硕士专业力学指导老师张娟副教授二零一八年五月七日ClassifiedIndex:O344.1U.D.C:O345SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisMESOSCOPICFINITEELEMENTSIMULATIONFORDEFORMATIONBEHAVIOROFBULKMETALLICGLASSMATRIXCOMPOSITESGrade:2015Candidate:J

2、ieLiuAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:MechanicsSupervisor:AssociateProf.JuanZhangMay.7,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要块体金属玻璃基复合材料保留了块体金属玻璃高强度、高硬度、耐磨及耐腐蚀等优秀的力学性能，且有效的改善了其塑性变形能力，具有广泛的应用前景。然而，块体金属玻璃基复合材料在拉伸载荷作用下的变形机理仍有待于进一步研究，其循环变形行为的研究还极其匮乏，细观结构特征对其力学性能的影响还需要进一步探究。本文通过试验研究与有限元模拟相结合的方法，对块体金属玻璃基复合材料

3、在单轴拉伸和循环载荷作用下的力学性能及变形行为进行讨论，通过观察剪切带的演化规律，尝试对材料的变形机理做出解释，主要内容包括：1.室温下，对Ti基金属玻璃及其含枝晶的复合材料进行单轴拉伸及压缩试验，对比讨论了基体与复合材料在两种载荷作用下的力学性能及变形机理；对含枝晶的复合材料分别进行拉伸-卸载应变循环试验和拉伸-压缩应力循环试验，讨论了材料的循环演化特征；对试件断口进行扫描电镜(SEM)观察，讨论了材料断裂过程的变形机理。2.利用随机吸附算法构建了块体金属玻璃基复合材料的三维多颗粒单胞模型，并借助基于连续介质力学框架的小变形自由体积模型，在商业软件ABAQUS中对块体金属玻璃基复合材料在

4、单轴拉伸载荷下的变形行为进行有限元模拟，讨论了材料在拉伸变形过程中剪切带的演化规律，同时探讨了复合材料的细观结构特征对其单轴拉伸行为的影响。3.对块体金属玻璃的循环变形行为进行有限元模拟，讨论了加载幅值及加载历史的影响；对颗粒增韧型块体金属玻璃基复合材料的循环变形行为进行有限元模拟，讨论了颗粒的体积分数和循环演化特征对复合材料循环变形行为的影响。关键词：块体金属玻璃；复合材料；细观结构；变形行为；有限元模拟；剪切带西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractBulkmetallicglassmatrixcompositesnotonlykeeptheexcellentmechan

5、icalpropertiesofbulkmetallicglass,suchashighstrength,highhardness,wearresistanceandcorrosionresistance,butalsoeffectivelyimprovetheirplasticdeformationability;thustheyhaveanextensiveapplicationprospects.However,therearestillmanyshortagesintheinvestigatingthemonotonictensiledeformationmechanismofbu

6、lkmetallicglassmatrixcomposites.moreover,thestudyonthecyclicdeformationbehaviorisstillinitsinfancy.Thus,afurtherinvestigationonthedeformationmechanismshouldbeconducted.Inthispaper,themonotonictensileanduniaxialcyclicdeformationbehaviorofbulkmetallicglassmatrixcompositesarediscussedbyexperimentandf

7、initeelementmethod.Andthemaincontentsofthisworkarelistedasfollows:1.Atroomtemperature,theuniaxialtensileandcompressiontestsofTi-basedmetallicglassanditscompositeswithdendriticwereconducted;moreover,thefracturesur