金属玻璃变形与断裂行为的缺口效应研究

以锆、钛基等多种金属玻璃为研究对象，通过在样品中设置缺口，对试样进行拉伸、压缩、三点弯曲、劈裂和原位加载实验，主要研究：(1) 在金属玻璃中设置半圆形缺口群，对试样进行拉伸、压缩试验，观察其剪切带萌生、扩展和断裂的过程，观察缺口设置对样品整体强度和塑性变形能力的影响，探求剪切带交互作用提高样品整体塑性的物理本质，比较不同金属玻璃在设置缺口时的剪切变形行为的差别，揭示金属玻璃样品整体强度和塑性变形能力对不同位置缺口的依赖关系。(2) 对含缺口的金属玻璃样品进行三点弯曲、劈裂和原位拉伸试验，观察在不同载荷条件下缺口附近剪切带的萌生、扩展和断裂过程。比较缺口对不同金属玻璃剪切断裂行为的影响，探索在不同载荷条件下缺口附近剪切带的萌生、扩展以及断裂规律。通过本项目的研究，可以揭示缺口对金属玻璃剪切变形和塑性变形机制的影响，研究结果可为开发多孔金属玻璃材料提供重要的理论依据，具有重要的科学和现实意义。

根据项目申请书的研究计划，取得的研究进展如下：.1) 提出了一种可以提高传统金属玻璃拉伸塑性的方法。在拉伸载荷下，通过施加人工缺口，局部的剪切带得到稳定控制从而提高了拉伸塑性。这种方法可以作为潜在的策略在进行应用，因为在处于快速冷却液态的超塑性变形能力金属玻璃中施加人工缺陷是非常容易的。研究表明，通过设计气孔的分布对提高多孔金属玻璃的塑性和力学性能有着非常重要的意义。.2) 在系统实验数据的基础上，建立了一种依赖不同应力状态的弹塑性变形模型。同时，考虑Mohr-Coulomb准则和关联流动准则进行了有限元计算。首先，通过在样品中设置不同的弧度边缘，可以引起不同的应力梯度。此项研究结果可以为理解不同应力状态下脆性金属玻璃潜在的塑性变形机制提供依据。.3) 采用定性和定量的模型，对由于剪切带的相互作用而导致的所谓的“加工硬化”行为进行了合理分析。通过断裂力学的分析发现，这种应力提高可以归结剪切带尖端的应力场相互作用。通过对剪切形貌的细致观察发现，剪切带在扩展方向发生了弯曲现象。而这种现象可以用传统的剪切变形理论进行定量解释。总之，本项工作的研究可以为深刻理解剪切带相互作用的过程提供依据。同时，希望本项工作的研究可以为理解金属玻璃的变形机制提供新的思路。.4) 通过实验和有限元模拟，对Zr基金属玻璃依赖于不同缺口群设置的压缩塑性进行了研究。实验发现，通过改变缺口对的距离可以得到较大的塑性。这是因为，缺口的存在会导致剪切带的相互作用并阻碍剪切带的快速扩展。考虑到Mohr-Coulomb准则和关联流动准则，通过有限元方法建立了弹塑性模型来分析样品的变形过程。结合实验结果可以看出，正如有限元分析得到V型的屈服形貌，大范围的塑性变形源于剪切带的相互作用。最后，初步提出归纳总结后的参数用来为多孔金属玻璃或金属玻璃复合材料的制备提供直接和基础的依据。