于淑敏 朱 晨 黄志强

(郑州国电机械设计研究所有限公司 郑州 450046)

0 引言

金属材料在加工和服役过程中都会发生塑性变形。塑性损伤会随着塑性变形的增加而逐渐扩展，当塑性损伤超过一定门槛值后，材料就会被破坏。因此，材料塑性损伤的定量检测，对于预测金属结构寿命具有重要意义。非线性超声是检测塑性损伤、疲劳损伤、蠕变损伤等材料早期损伤的有效方法之一[1−3]。材料的宏观力学性能与微观组织结构演化具有直接联系。超声非线性是由材料的非线性应力应变关系引起的，而金属材料的非线性应力应变关系是由晶格和位错等材料微结构演化造成的[4]。金属材料的损伤程度可以使用位错、滑移等微结构改变造成的累积塑性来表征，为了定量地描述超声非线性与材料微结构之间的关系，已经建立了一系列的理论模型，如位错弦模型[5]、位错偶模型[6]以及累积应变模型[7]等。相比于实验测量，有限元模拟可以快速、高效地获得材料微结构改变与超声非线性响应之间的定量关系，已被越来越多的应用于超声非线性研究中。Zhu 等[8]使用有限元法模拟了不同塑性损伤30Cr2Ni4MoV试样非线性超声响应，并进行了实验验证。但由于需要通过微观组织照片统计材料位错密度，一方面实验工作量大，应用难度高；另一方面，透射电镜(Transmission electron microscope,TEM)统计位错密度的区域十分微小(通常为µm 级)，而实际材料不同区域由于变形情况不同，位错密度也通常不同，进一步限制了其应用。……