基于跨尺度模擬的機械微結(jié)構(gòu)斷裂行為研究.pdf

1、隨著納米科技的飛速發(fā)展,對微納米零件的需求越來越多,同時對其使用性能也提出了很高的要求。受表面效應(yīng)、量子效應(yīng)、小尺度效應(yīng)的影響,機械微結(jié)構(gòu)達(dá)到微米甚至納米量級時,微構(gòu)件斷裂等力學(xué)性能與常規(guī)構(gòu)件表現(xiàn)出很大的差異。因此,加快建立微納米零件的加工和設(shè)計理論已成為當(dāng)前制造業(yè)領(lǐng)域一項很重要的任務(wù)。本文借助準(zhǔn)連續(xù)介質(zhì)方法,研究微構(gòu)件在不同加載下的斷裂特性,這對微構(gòu)件的力學(xué)性能等具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。論文研究工作如下:
　　首先,搭建了

2、準(zhǔn)連續(xù)介質(zhì)仿真平臺,建立拉伸過程的多尺度仿真模型,并通過計算分析了模型的有效性。
　　其次,模擬并分析了單晶銅懸臂梁彎曲過程的尺寸效應(yīng)及梁彎曲失效原因。研究了梁厚度、跨厚比及晶向設(shè)置對兩端固支梁彈性模量等的影響,利用位錯及滑移理論分析了三種不同晶向設(shè)置兩端固支梁模型的微觀變形機理。結(jié)果發(fā)現(xiàn),連續(xù)介質(zhì)理論及其衍生理論對微/納構(gòu)件已不再適用。懸臂梁的厚度對力學(xué)性能影響很大。兩端固支梁的彈性變形階段的彈性模量隨應(yīng)變的增加而增大,梁的尺寸

3、越小彈性模量增加越快。相同跨厚比下,梁的初始彈性模量是定值,受尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)影響不明顯。梁的初始彈性模量、最大撓度、彎曲強度等特性隨梁厚的增大而減小。
　　最后,建立了單晶銅納米桿的壓縮過程多尺度仿真模型,研究了結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)對納米桿壓縮力學(xué)性能的影響,通過分析納米桿在壓縮變形時的形變、內(nèi)部應(yīng)力和應(yīng)變能的演化規(guī)律,獲得了納米桿壓縮變形及潰裂機制。分析了納米桿在不同壓縮條件下的彈性模量、彈性極限、屈服極限及泊松比等力學(xué)特性。結(jié)果表