基于变形机理的广义应变梯度本构模型研究

【作者】 赵建锋； 张旭； 康国政；

【机构】 西南交通大学；

【摘要】 本研究建立了一种基于位错机制的广义应变梯度塑性本构模型,同时考虑了一阶与二阶应变梯度效应。一阶应变梯度效应源于几何必需位错的积累及其与其他位错之间的短程相互作用,并通过Taylor硬化模型描述。二阶应变梯度效应则通过一个应变梯度相关的背应力项描述,该项反映了几何必需位错的空间非均匀分布所产生的内应力场。进一步将该模型与其他低阶和高阶应变梯度塑性模型进行了深入比较,探讨了它们之间的内在关联。在模型有限元实现中,基于非局部方法求解几何必需位错密度和背应力,有效地捕捉了界面附近的几何必需位错积累及其所带来的强化效应,从而克服了传统低阶应变梯度塑性模型在处理内部边界条件方面的局限性。本模型被应用于多种代表性材料体系,包括钝化薄膜(硬边界)、由软硬层交替构筑的层状材料(硬-自由边界过渡)以及由软硬相混合组成的双峰结构材料(兼具边界过渡与复杂应力场)。与实验结果的对比验证了该模型可定量描述微尺度材料和异质结构材料力学响应,表明该模型可作为异构材料微结构设计与优化的重要工具。更多还原