复杂应力状态下块体金属玻璃塑性变形行为和机制研究

As a new class of advanced metallic materials, the plastic deformation and the underlying mechanism of metallic glasses (MGs) have absorbed much attention in past decades. Compared to the case of uni-axial stress state, the deformation of MGs under complex stress state is much more complex, and meanwhile closer to practical applications. The project aims to systematically investigate the plastic deformation process of MGs under complex stress states and their response mechanism by combining the experimental methods and finite element analysis. By.investigating the deformation behavior of MGs with various shapes and under different loading modes, the effects of internal stress and state variable on the shear band will be systematically explored. The interaction between the flow units as well as the multiplication of shear bands and their interplay under complex stress will be quantitatively analyzed. The successful conduction of the project will advance our understanding on the plastic deformation mechanism and enhance our capability to design and improve the plasticity in MGs.

作为一种新型的高性能金属材料，金属玻璃的塑性变形行为及机制研究近年来备受关注。和单轴应力状态下的金属玻璃相比，复杂应力状态下的金属玻璃样品更贴近应用实际，同时其塑性形变行为也更复杂。本项目拟采用实验和有限元分析结合的方法，系统研究复杂应力状态下金属玻璃的塑性行为及其力学响应机制。通过对不同复杂形状、不同加载模式下金属玻璃变形行为的研究，确立试样内部应力分布以及状态变量对剪切带的影响规律，定量分析剪切带形成过程中形变单元的相互作用和耦合机制以及复杂状态下多重剪切带的扩展和相互制约，探讨金属玻璃塑性变形的本质，为控制和设计金属玻璃的塑性及其最终应用奠定基础。

作为一种新型的高性能金属材料，金属玻璃的塑性变形行为及机制研究近年来备受关注。和单轴应力状态下的金属玻璃相比，复杂应力状态下的金属玻璃样品更贴近应用实际，同时其塑性形变行为也更复杂。本项目制备了不同形状块体金属玻璃样品，详细研究了样品形状、圆角大小，开槽等情况对剪切带的形成以及扩展的影响；通过单轴压缩等试验获取了材料性能参数，建立了不同形状模型的有限元分析模型，定量研究了多重剪切带的形核、扩展及作用机制。通过对不同复杂形状、不同加载模式下金属玻璃变形行为的研究，确立了试样内部应力分布以及状态变量对剪切带的影响规律，定量分析了剪切带形成过程中剪切面上的正应力和切应力的影响，形变单元的相互作用和耦合机制以及复杂状态下多重剪切带的扩展和相互制约机制。探讨了剪切面上正应力对剪切带的产生及扩展的影响规律，从不同的角度解释了剪切带的运动机制；并且首次对非晶合金的塑性泊松比准则给出了理论解释，而且还可以解释以往报道中发现的某些非晶合金在高泊松比下的反常脆性现象；此外应力和温度均可以引起材料里的熵变，当熵变到达一定程度时就会引起材料的流动和玻璃转变。该结果为理解变形和玻璃转变机制提供一种新的视角。此外在本研究基础上，对非晶合金热塑性3D打印成型进行了有益的探索。本研究探讨了金属玻璃塑性变形的本质，为控制和设计金属玻璃的塑性及其最终应用做出了贡献。