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金属玻璃独特的微观结构使得其具有许多优良的力学性能,然而它所表现出来的宏观脆性严重限制了其在工程结构上的应用。为了增加金属玻璃的韧性,研究者们在金属玻璃中引入晶体相,制备出既具有高强度又具有良好韧性的金属玻璃基复合材料。由于金属玻璃复合材料具有良好的力学性能,因此具有广阔的应用前景。针对目前金属玻璃基复合材料力学行为以及本构模型研究方面的不足,本项目首先通过宏观实验、微观观察以及纳米压痕实验,了解金属玻璃基复合材料的单调拉伸、压缩以及单轴循环变形的特征和变形以及失效机理。然后借助UMAT用户子程序将改进的自由体积模型引入ABAQUS软件,建立了二维和三维的代表性体积单元,模拟了金属玻璃基复合材料在单轴拉伸和压缩载荷作用下的变形过程,讨论了颗粒体积分数、形状、分布规律以及材料参数等微结构参数对复合材料中剪切带的演化以及复合材料韧性的影响。进而基于自由体积模型,引入能够有效反映纳米孔洞形核和汇聚的演化方程,在连续介质热力学框架下构建了一个能够合理描述金属玻璃失效的三维本构模型;最后采用广义Mori-Tanaka(M-T)方法和二次均匀化方法,构建了一个能够合理描述金属玻璃基复合材料变形和局部失效行为的细观本构模型,对金属玻璃基复合材料在单调拉伸和压缩时的应力-应变行为及失效行为进行了合理地描述和预测。项目的研究结果丰富了对块体金属玻璃基复合材料的力学行为的认识,所建立的本构模型可为该类材料构件的设计以数值分析提供理论基础,促进金属玻璃基复合材料在工程结构中的应用,具有重要的理论意义和工程应用价值。 2100433B
针对金属玻璃基复合材料力学行为以及本构模型研究方面的不足,通过系统的宏观和微观实验研究,了解第二相增韧金属玻璃基复合材料的单调拉伸、压缩以及单轴循环变形的特征和微观机理,并结合有限元模拟讨论不同微结构特性对复合材料力学行为的影响;进而在自由体积模型以及均匀化理论的基础上,引入能够反映复合材料增韧机理以及微结构特征的参数,同时考虑循环变形中的加卸载规律以及循环软/硬化规律,在细观层次得到一个能够合理描述复合材料单轴拉伸、压缩以及循环变形行为的本构模型。研究结果将会丰富对块体金属玻璃基复合材料的力学行为的认识,促进该材料在工程结构中的应用,同时又可为该类材料构件的设计以及寿命评估提供理论基础,具有重要的理论意义和工程应用价值。
按基体分类: (1)铝基复合材料 (2)镍基复合树树 (3)钛基复合材料,按增强体分类 ,(1)颗粒增强...
玻璃纤维的用途 玻璃是一种以脆闻名的物质.有趣的是,玻璃一旦经加热,被拉制成比头发还要细得多的玻璃纤维之后,它仿佛就完全忘掉了自己的本性,变得像合成纤维那样柔软,而坚韧的程度甚至超过了同样粗细的不锈钢...
玻璃钢(FRP)亦称作GRP,即纤维强化塑料,一般指用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂基体。以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料,称谓为玻璃纤维增强塑料,或称谓玻璃钢。由于所使用的树脂品种...
金属玻璃研究简史
暋 物理 · 40 卷 ( 2011 年 ) 11 期 暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋 ht t p : 飋w w w. wul i .ac .cn 评述 金属玻璃研究简史 * 汪卫华昄 ( 中国科学院物理研究所 暋 北京 暋10 01 90 ) 摘 暋 要 暋暋 金属玻璃的发明和研究已经整整 50 年了 . 半个世纪以 来 , 金属玻璃不但成为性能独特的新材料 , 同时也 是研究材料科学和凝聚态物理中一些重要问题 的模型体系 . 金属玻璃的研究已经成为凝聚态物理的一个重要分支 . 文章简要介绍了金属玻璃的研究历史以及最新的进展 , 并扼要介绍了这门学科的发展前景 . 关键词 暋暋 金属玻璃 , 合成方法 , 物理性能 , 发展历史 Ab ri ef hi st or y ofm et al l i c gl asses WA N G 暋Wei灢H ua 昄 (I nsti t ut e of
Nd对Mg基块体金属玻璃的玻璃形成能力的影响
通过熔体铜型浇注方法制备了Mg65Cu25NdxY10-x(x=4,5,7,10)合金,并对它们的玻璃形成能力进行了研究。利用X射线衍射确定合金的结构组成,差示扫描量热计(DSC)分析合金的玻璃转变、晶化和熔化行为。结果表明:在Mg65Cu25NdxY10-x合金中,当x=5时,合金的非晶形成能力最强,玻璃形成的临界厚度大约为4.5mm,同时非晶的过冷液相区ΔTx和约化玻璃转变温度Trg均为最大,分别为54.5K和0.581。当x≥5时,随着Nd含量的增加,金属玻璃的玻璃转变温度Tg降低,过冷液相区ΔTx减小,约化玻璃转变温度Trg也随之相应地变化。
岩石断裂一直是岩石工程的一个核心问题。岩石宏观力学属性决定于细观结构。为了探索岩石细观结构与宏观断裂性能之间的关系,并建立多尺度本构模型,进行了理论与试验研究。以大理岩为岩样,通过三点弯曲梁试验测得了宏观断裂能。通过SEM电镜扫描和图像处理技术分析了细观结构图。发现岩石颗粒界面网络结构及颗粒粒度分布都具有很强的分形特征。界面结构分形维数和粒度分布维数分别与宏观断裂能呈很强的二次方关系和线性关系。断裂能随着两种分形维数增加均增大,表明细观颗粒优化级配及界面结构应满足分形维数最大化,以增强宏观断裂韧度。根据细观结构特点,在虚内键(Virtual Internal Bond-VIB)理论基础上对岩石进行了多尺度本构建模。将细观颗粒抽象为几何点,颗粒之间通过VIB相连。为了反映颗粒之间的微裂隙,认为VIB满足两点分布。在裂隙处VIB系数取0,其它取1。通过该方法可以有效地将微裂隙效应引入宏观本构。为了有效地描述细观颗粒之间的压剪破坏机理,引入了微观Mohr-Coulomb准则,基于该准则的宏观本构可以有效地再现岩石三轴抗压强度和破坏特征。为了综合反映颗粒之间的剪切效应,建立了广义Stillinger-Weber势函数,同时考虑了键长和键角作用,使宏观本构方程更能全面地反映细观断裂机理。为了建立适用于大变形断裂分析的宏观本构,以离散键元胞代替岩石代表单元体,建立了离散虚内键(DVIB)本构模型。由颗粒之间相互作用直接导出了键元胞的本构关系(力-位移关系),从而可以使DVIB直接模拟大位移、大变形岩石断裂破坏问题。为了反映不同细观断裂机理,元胞的本构关系分别基于两体势、广义SW势函数及弹脆性SW势函数,使宏观本构模型能够有效地模拟岩石动态断裂过程。为了解决DVIB的单元尺寸敏感性问题,提出了超弹双线性势函数来描述颗粒之间相互作用,考虑了微观断裂的尺度效应。完善了单元劈裂法(EPM),考虑了劈裂单元的体变形问题和裂尖单元问题。与扩展有限元(XFEM)相比,EPM同样可以在不用重构网格的情况下对裂纹扩展进行模拟,但却没有引入任何额外自由度。其原因在于EPM采用线性外推插值技术而非结点富集(Nodal Enrichment)技术。研究成果揭示岩石细观结构几何特征与宏观断裂能之间的相关性,为岩石断裂破坏分析提供了一套微宏观本构理论与计算方法。 2100433B
岩石细观结构由岩石颗粒组成,颗粒界面形成网络结构。这种细观界面网络结构几何特征、界面胶结及颗粒本身力学特性对岩石宏观力学行为具有决定性作用。本项目以这种细观结构为研究对象,拟采用电镜扫描和数字图像处理技术对岩石细观结构信息进行分析和提取,运用分形几何理论对细观颗粒界面网络结构、颗粒分布及细观裂纹扩展拓补结构进行描述;采用虚内键(VIB)理论对岩石细观颗粒和颗粒界面进行力学建模,通过数值模拟方法对颗粒界面胶结特性、颗粒本身力学属性、细观裂纹扩展和细观能量耗散关系进行研究,以明确岩石细观断裂机理,揭示岩石宏观断裂能的细观物理机制,并在此基础上构建岩石宏观本构模型,以期在本构模型中反映细观结构几何和断裂信息,丰富岩石本构物理内涵,加深对岩石力学行为的理解和把握。此研究为揭示岩石宏观力学行为的细观机理具有重要意义,同时也为裂隙岩体、陶瓷、混凝土等材料的多尺度力学模型研究提供了新思路。
第一章 概论
1.1 金属玻璃的发展历史
1.2 制备方法
1.3 性能与应用
1.4 块体金属玻璃的室温脆性及其解决途径
1.5 金属玻璃复合材料
第二章 Fe基块体金属玻璃
2.1 Fe基块体金属玻璃的发展
2.2 工业纯原料制备Fe基块体金属玻璃
2.3 Fe60Co8Zr10Mo5W2B15块体金属玻璃的晶化行为
2.4 Fe60Co8Zr10Mo5W2B15块体金属玻璃的力学性能