非晶态合金中剪切带形成的弹塑性相变模型

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1、天津大学硕士学位论文非晶态合金中剪切带形成的弹塑性相变模型Elastoplasticphasetransformationmodelofshearbandforminginamorphousalloys学科专业：固体力学研究生：王强指导教师：谢宇新副教授天津大学机械工程学院2017年12月摘要应变局部化现象已经在很多实验和自然界中广泛地观察到，比如NiTi合金中的折曲带，单向纤维增强复合材料中的折曲带，岩石层中的折曲带，细晶粒低碳钢中的lüders带，砂土试件中的剪切带等等。当材料中有应变局部化现象时，“带”和“带外”的区域可以看作两相分片均匀变形，这两个区域应力和应变不同，“带”内的材

2、料变形更大。求得这两个区域的应力与应变对了解材料的力学行为、提高材料应用安全性有巨大帮助。非晶态合金，又名金属玻璃，是一种由多种金属混合制成的非晶材料。非晶态合金最早的发现是在50多年前。非晶态合金的出现给物理学、材料学等领域注入了新鲜的血液，丰富它们的研究内容。非晶态合金具有高强度、高断裂韧性、耐腐蚀等特性，因此它引起了众多学者的关注和兴趣。许多学者的实验表明，轴向拉压的非晶态合金中会出现剪切带，这些剪切带是一种应变局部化现象。有学者指出非晶态合金中的剪切带是影响其塑性变形的关键因素，非晶态合金的塑性变形主要集中在剪切带中，非晶态合金的断裂也往往沿着主剪切带方向。所以，研究非晶态合金中

3、剪切带的变形对非晶态合金的推广与应用有很大帮助。本文把剪切带看作是应变局部化现象，把非晶态合金中的剪切带以及剪切带以外的区域看作不同的两相，剪切带的出现看作是一种相变行为，用相变理论的条件来研究剪切带的变形。剪切带出现时，剪切带边界处位移连续但是变形梯度不连续，应力和变形梯度需要满足跳跃条件。同时，材料的应变能在剪切带中也会发生改变，能量关系需要满足Maxwell条件。根据相变发生所需的条件，我们可以写出相变的控制方程。通过对控制方程的求解，剪切带内外区域的应力与应变、剪切带倾角、以及相变发生时的Maxwell应力均可以求得。论文最后我们选取了相关的非晶态合金的实验，用我们建立的弹塑性相

4、变模型控制方程求解了金属玻璃剪切带内外的应力与应变、剪切带倾角以及Maxwell应力。计算结果显示，相变模型可以计算出非晶态合金中剪切带倾角，与实验结果吻合的很好。关键词：非晶态合金，剪切带，相变理论，应变局部化IABSTRACTThephenomenaofstrainlocalizationhavebeenwidelyobservedinexperimentsandnature,suchaskinkingbandinunidirectionalfiberreinforcedcomposite,kinkingbandinrock,lüdersbandinfinegrainlowcarbo

5、nsteel,shearbandinsandandsoon.Whenthephenomenaofstrainlocalizationappearinmaterials,shearbandandregionsoutsidetheshearbandcanbetreatedastwo-phasepiecewise-homogeneousdeformation.Strainandstressaredifferentinthesetworegions.Thestraininshearbandisbiggerthanotherregions.Calculatingoutthestressandstr

6、aininsideandoutsidetheshearbandsofamorphousalloysishelpfultokownmechanicalbehaviorofmaterialsandimprovematerialapplicationsafety.Amorphousalloy,alsoknownasmetallicglass,isakindofamorphousmaterialmadeofavarietyofmetals.Theearliestdiscoveryofamorphousalloyswasmorethan50yearsago.Theappearanceofamorp

7、housalloyshasinjectedfreshbloodintothefieldsofphysics,materialsandotherfields,enrichingtheirresearchcontent.Amorphousalloyhasthecharacteristicsofhighstrength,highfracturetoughnessandcorrosionresistance.Therefore,ithasa