含表面和应变梯度效应的多孔塑性理论

纳米多孔材料是一种具有广泛用途的新型材料，在连续介质力学框架内研究其力学行为具有重要意义。目前，主要工作集中在用表面弹性理论研究其弹性变形行为，其塑性变形行为的研究鲜有报道。本研究拟同时考虑纳米孔表面能与基体材料塑性变形的应变梯度效应，在连续介质力学框架内，研究纳米多孔材料的塑性变形行为。首先建立表面塑性本构关系，然后导出考虑纳米孔表面能与基体材料塑性变形的应变梯度效应的孔洞长大规律，进而发展纳米多孔材料的宏观塑性本构模型，研究其塑性变形局部化机理。本研究将扩展塑性力学和细观力学的研究范围。研究结果为纳米多孔材料的损伤和失效分析提供理论基础。

本项目研究纳米多孔材料的宏观塑性本构及变形局部化，主要考虑表面能和应变梯度塑性引起的尺度效应以及对变形局部化的影响。项目按计划完成了包纳米多孔材料宏观塑性本构。通过发展非线性二阶细观塑性力学理论，给出了纳米多孔材料塑性本构，并应用理论分析了各向同性均匀分布的闭孔纳米多孔材料的宏观塑性变形，发现表面能对屈服面影响显著。对微纳米孤立孔洞生长进行了分析，发现应变梯度塑性和表面能的存在均对材料起强化作用，使得孔洞的生长变得更加困难。