夹杂粒子

夹杂二相粒子是物理分析中的一种粒子，容易引起体积变化的体积分数，一般应用有限元方法研究。

研究背景对韧性材料而言，空穴的演化是造成材料损伤的重要因素，而在以往的细观分析中，往往未考虑空穴绕夹杂或二相粒子形核及形核对后续的空穴演化过程的影响，将变形过程中逐步形核的空穴看成事先已存在于材料中，因此只关注于材料中空穴的后续演化（空穴的扩张及聚合）。而事实上，空穴的形核是一个贯穿于大部分塑性变形范围的连续性过程，对材料的损伤发展具有重要的影响。因此有必要对空穴的整体演化过程进行深入了解。1

研究内容与结论1、从空穴形核的细观物理过程出发，揭示了体胞的宏观应力三维度及夹杂粒子的尺寸效应对空穴形核的影响。计算结果表明：宏观应力三维度越高，夹杂粒子的相对尺寸越大，空穴初始形核应变越小。

2、从空穴的演化机制出发，运用控制体胞宏观应力三维度和Lode参数的大变形有限元法，对含球形夹杂材料的损伤演化进行了考虑空穴形核过程的有限元模拟与分析。计算结果表明： Ⅰ 应力三维度T对体胞、孔洞的变形及孔洞的演化均有显著影响。 （1）应力三维度T的大小影响微孔洞的变形状态：低应力三维度下，微孔洞的形核几乎贯穿于整个加载过程，微孔洞是边长大边形核，形核对微孔洞后续演化的影响不容忽视，孔洞以形状改变为主，夹杂粒子的存在起着抑制微孔洞形状改变的作用；高应力三维度下，微孔洞的形核过程一般比较短暂，形核对微孔洞后续演化的影响不大，孔洞以体积改变为主。但即使在这种高应力三轴度情况下，当Lode参数为零时，在考虑夹杂粒子间相互作用的三维体胞中，由于夹杂粒子的存在，微孔洞的形状改变也很明显。这说明空穴形核在材料损伤演化中具有重要作用，在对微孔洞绕夹杂的演化现象进行分析时，考虑其形核过程是十分必要的。（2）体胞模型的选择对微孔洞细观损伤分析影响不大。（3）夹杂/基体界面法向粘结强度影响微孔洞的整体演化。 Ⅱ 同一应力三维度T下，Lode参数不同对体胞、微孔洞的变形及微孔洞的演化均有显著影响。 Ⅲ 夹杂粒子间的相互作用影响材料的细观损伤。1

最新成果采用圆柱基体包含球状空洞的体胞模型，设本构方程中含有二相粒子引起体积变化的体积分数，应用有限元方法研究了空洞的扩展规律以及整个体胞宏观力学参数的变化规律，证实了二相粒子的影响作用。

本词条内容贡献者为:

程鹏 - 副教授 - 西南大学