[发明专利]一种压力作用下非晶体自由体积浓度最大值的计算方法

说明书

本发明属于航空航天非晶材料力学行为的分析方法，提出了一种压力作用下非晶体自由体积浓度最大值的计算方法，准确预测结构部件在压力作用下的力学响应。技术方案包括：利用Maxwell模型，结合固态相变动力学里面的速率方程，在平均场框架下得到应力应变曲线。得出的理论结果可以指导工程当中的试验以及做出准确预测，避免结构部件使用中产生意料之外的屈服和断裂。

技术领域

本发明属于航空航天非晶材料力学行为的分析方法，涉及弹塑性力学行为。

背景技术

非晶体是过热液体经过快速冷却达到玻璃温度转变点而形成的，其具有优异的力学性能，比如高强度、高硬度、大的弹性极限和良好的延展性。非晶体在压力的作用下，其弹塑性变形具有很强的非线性。对于晶体，以位错为出发点，可以来研究非弹性变形。然而对于非晶体，内部结构是长程无序和不均匀的，没有可以明显表征内部缺陷的量，因此阻碍了玻璃态材料的理论研究。为了理解和解释非晶体的非线性力学行为，一些模型被提出，其中应用比较广泛的有自由体积涨落模型、剪切转变区模型、软玻璃流变模型。这些模型形式比较复杂，在工程中应用不多，而且这些模型缺乏压力作用下非晶体自由体积浓度计算方法的研究，无法准确预测结构部件在压力作用下的力学响应，结构部件使用中会产生意料之外的屈服和断裂。

发明内容

本发明的目的是：

提出了一种压力作用下非晶体自由体积浓度最大值的计算方法，准确预测结构部件在压力作用下的力学响应。

本发明的技术方案是：

一种压力作用下非晶体自由体积浓度最大值的计算方法，

利用Maxwell模型，结合固态相变动力学里面的速率方程，在平均场框架下得到应力应变曲线。

所述的方法包括以下步骤：

步骤一、系统采集温度T、压力P和应变率的数值，求出自由体积浓度c_f的最大值c_max；

步骤二、对自由体积浓度c_f进行归一化处理；

步骤三、写出Maxwell模型中非晶体应力σ随时间t的演化方程；

步骤四、将流度f和自由体积浓度c_f的关系式代入上一步的演化方程中；

步骤五、写出固态相变动力学中的速率方程；

步骤六、联合以上步骤中的方程，进行数值求解。

所述的步骤一具体为：测量出温度T、压力P和应变率求出自由体积浓度c_f的最大值c_max为：

其中a、b、m、n、B、T₀均为参数。

所述的步骤二具体为：对自由体积浓度c_f进行归一化处理

c₀表示c_f的初始值，无量纲参数C，称为约化自由体积分数。

所述的步骤三具体为：写出Maxwell模型中非晶体应力σ随时间t的演化方程

其中f表示流度，定义为f＝E/η，E和η分别表示弹性模量和粘度。

所述的步骤四具体为：将f＝αc_f代入中，得到

α为参数。

所述的步骤五具体为：写出固态相变动力学中的速率方程