沉淀强化高熵合金温度相关性屈服强度及单壁碳纳米管尺寸相关性弹性模量理论研究

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高熵合金由于多主元特性所造成的独特结构使其具有优异的力学性能。实验研究表明沉淀强化型面心立方结构高熵合金在室温和低温下都具有优异的强度和韧性,被广泛应用于航空航天、新能源、高端装备制造等领域。沉淀强化型面心立方结构高熵合金在上述领域应用时往往会遭受不同温度服役环境。屈服强度作为决定材料安全服役的关键指标,具有很强的温度相关性。理论研究各项强化机制对沉淀强化型面心立方结构高熵合金屈服强度的贡献及其随温度的演化,建立温度相关性屈服强度理论表征模型具有重要的理论意义和工程应用价值。同时,单壁碳纳米管C-C共价键和封闭结构使其具有优异的力学性能,被应用于航空航天、纳米电子器件等领域。单壁碳纳米管的力学性能是影响其应用的重要参数,研究表明单壁碳纳米管的弹性模量表现出很强的尺寸相关性。研究单壁碳纳米管弹性模量随直径的演化规律,建立相应的理论表征模型是非常有必要的。本学位论文用理论的方法研究了沉淀强化型面心立方结构高熵合金的温度相关性屈服强度和单壁碳纳米管的尺寸相关性弹性模量,具体研究内容如下:(1)针对沉淀强化型面心立方结构高熵合金考虑晶格摩擦阻力、固溶强化、晶界强化和沉淀强化等机制及其随温度演化对屈服强度的影响,建立了一个温度相关性屈服强度理论表征模型。模型的预测结果得到了可获取的实验结果的很好验证。模型预测所需的相关参数均可容易地从文献或材料手册中获取,为预测不同温度下沉淀强化型面心立方结构高熵合金的屈服强度提供了一种简便的方法。进一步,利用所提出的模型分析了各强化机制对沉淀强化型面心立方结构高熵合金屈服强度的贡献及其随温度的演化,并且得到了不同温度下沉淀强化型面心立方结构高熵合金达到最大屈服强度的最优颗粒尺寸,为提高不同温度下沉淀强化型面心立方结构高熵合金的屈服强度提供了有益建议。(2)基于力热能量密度等效原理,鉴于单壁碳纳米管管壁厚度选取的争议,针对单壁碳纳米管建立了无需管壁厚度的尺寸相关性杨氏模量和剪切模量理论表征模型。模型预测结果与可获取的模拟结果取得了很好的一致性。模型预测所需的相关参数均可容易地从文献中获取。进一步,利用建立的模型研究了单壁碳纳米管杨氏模量和剪切模量随直径的演化规律,为预测单壁碳纳米管的直径相关性杨氏模量和剪切模量提供了一种新方法。
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