金属材料力学性能辐照效应的多尺度研究

【作者】 段慧玲； 肖厦子； 余龙； 陈李嵘；

【机构】 北京大学工学院力学与工程科学系湍流与复杂系统国家重点实验室； 北京大学应用物理与技术研究中心； 中南大学土木工程学院；

【摘要】 金属材料力学性能的辐照效应是一个典型的多尺度问题。高能粒子的撞击会严重改变晶体内部的微结构,形成大量原子尺度的辐照缺陷,如间隙子、空位、位错环及层错四面体等。正是由于这些缺陷的存在,晶体内部的位错演化将受到极大的影响,从而改变细观尺度晶体的塑性变形行为。同时,宏观尺度多晶材料的力学性能与其内部晶粒的变形行为密切相关,故研究宏观材料的辐照硬化行为必须从原子尺度、细观尺度和多晶尺度开展研究并建立其之间的有效联系。本研究首先分析了研究缺陷对晶体塑性变形的影响,建立了细观尺度上缺陷与位错空间相互作用的辐照晶体张量塑性模型;其次,基于弹粘塑性自洽理论有效地考虑了晶体之间的相互作用,建立了能够有效的预测多晶材料力学行为多尺度模型。此外,基于多尺度理论模型,并考虑孪晶界、晶界、异质界面及板条体界面对辐照效应的影响,分别建立了针对孪晶、纳晶、纳米多层薄膜以及板条马氏体钢的本构模型,并系统的研究了其在辐照条件下的力学行为。最后通过与相关实验结果进行比较,验证了该模型的合理性及有效性。更多还原