基于晶体塑性理论的IN718单晶微柱体锯齿状变形行为分析

【作者】 张旭； 张万瑞；

【机构】 郑州大学力学与工程科学学院； 西北大学机械工程系；

【摘要】 微尺度金属材料的力学行为不同于宏观尺度,其塑性应变会发生多次间歇性突变,使得应力-应变曲线呈现出锯齿状或者阶梯状变化。常规晶体塑性理论无法解释微尺度IN718合金单晶在位移控制模式下的锯齿状变形行为。为了较为准确可靠地预测IN718合金服役于各种复杂工况下的力学响应,开展了微米尺寸IN718合金单晶锯齿状变形行为的理论建模研究工作。首先,建立了能够较为真实反映位移控制下材料变形的"变形块-弹簧"力学分析模型。进而,研究锯齿状塑性行为中的应变强化、流动法则、加卸载准则以及应变突变等建模要素,在连续介质力学框架下构建描述锯齿状变形行为的晶体塑性本构模型,并对其进行数值实现。之后,应用该模型分别研究了位移模式下单滑移与双滑移取向的IN718合金单晶微柱体的轴向压缩响应,并与对应微压缩实验结果进行比较。结果表明,基于上述新建理论模型预测的IN718合金单晶柱体轴向力学响应,与对应实验测试结果具有很好的吻合性。基于连续介质框架构建的微尺度锯齿状塑性本构模型,可为经典的连续化晶体塑性理论在亚微米尺度领域的发展提供有力理论支撑。更多还原