循环加载下金属塑性行为及损伤积累的晶粒尺度研究

由于金属材料变形机制的复杂性，人们对复杂循环加载情形下的屈服面演化、塑性流动、塑性变形积累和损伤积累迄今未有很好的理论描述。本项目拟考虑金属多晶结构随机构成导致的不均匀性和微观各向异性，将复杂加载路径的循环加载试验、晶体塑性分析、多晶集合体模型和大规模并行数值模拟相结合，研究晶粒尺度非均匀的塑性性质和宏观塑性行为的关系。主要探讨：（1）复杂路径试验测定金属屈服面的演化，在此基础上发展考虑金属细观变形机制、用多晶集合体晶体塑性数值模拟描述屈服面演化和塑性流动的方法；（2）针对复杂拉扭试验，研究描述金属循环塑性行为的宏观模型和基于晶体塑性理论、描述金属晶粒尺度循环塑性行为的模型；（3）考虑循环加载条件下的变形不均匀（如晶界区和驻留滑移带），发展晶粒尺度的金属材料塑性变形积累和损伤积累的描述方法。本项目重点揭示循环加载下金属材料晶粒尺度的塑性行为，深化人们对金属塑性变形规律的认识。

本项目考虑多晶金属的不均匀性和微观各向异性，通过复杂加载路径的循环加载试验、晶体塑性分析、多晶集合体统计代表性单元模型和大规模并行数值模拟相结合，研究晶粒尺度非均匀性和宏观塑性行为和疲劳行为的关系。计划主要探讨：（1）用复杂路径试验测定金属屈服面的演化，在此基础上发展考虑金属细观变形机制、用多晶集合体晶体塑性数值模拟描述屈服面演化和塑性流动的方法；（2）针对复杂拉扭试验，研究描述金属循环塑性行为的宏观模型和基于晶体塑性理论、描述金属晶粒尺度循环塑性行为的模型；（3）考虑循环加载条件下的变形不均匀性质演化，发展晶粒尺度的金属材料塑性变形积累和损伤积累的描述方法。此项研究取得以下成果：.（1）本项目研究发现,如果已知金属材料的循环塑性规律，金属低周疲劳寿命的规律是可预测的，并建议了相应的预测方法；.（2）通过试验和数值研究发现：非均质材料的后继屈服面可以有局部内凹，经典塑性理论得到的屈服面外凸结论是因为没有考虑材料的非均质性；.（3）通过试验和数值研究证实了：单试样法用于后继屈服面的测试结果与测试点的数目有关，还与测试点的次序有关；要保证材料后继屈服面的测试结果与测试过程无关，应该采用多试样法；.（4）找到了一个直接计算多轴非比例疲劳寿命的临界面法公式中影响因子的方法。