為了實現焊接過程的精準模擬，設計了多級載荷等溫循環拉壓試驗方法，提出相對內應力評價材料循環載荷下的硬化行為，建立了非線性混合硬化模型，表征焊接過程材料的應力應變演化行為；基于等溫拉壓試驗、Satoh試驗及數值模擬，通過非線性混合硬化模型、等向硬化模型和隨動硬化模型的敏感性分析，驗證了非線性混合硬化模型的準確性；提出了高溫非彈性應變處理方法，建立了力學熔點測試方法，結合非線性硬化模型和力學熔點，建立了材料的連續體本構模型；以Peclet系數判定熔池液態金屬的熱傳輸主導方式，結合焊縫熔池橫截面形貌，建立了復雜焊接熱源模型，以焊接溫度曲線及焊接冷卻速度，驗證焊接熱源模型的準確性；開展了平板表面堆焊、多道焊試驗及焊接數值模擬，計算的焊接殘余應力與實測值比較，研究了硬化模型和力學熔點對焊接殘余應力的影響，進一步驗證了非線性混合硬化模型的可靠性，上述研究內容成功地應用于不銹鋼激光焊的數值模擬；開展了深孔法和數字圖像相關法的研究，搭建了兩種方法的測試平臺，并且成功地應用于焊接殘余應力的測試，為焊接殘余應力的測試提供了新的手段；基于拉達伊應力應變模型，考慮力學熔點，提出了新的焊接過程熱彈塑性應力應變演化模型。 本項目實現了焊接過程材料力學本構模型的精準建模，提出新的焊接過程熱彈塑性應力應變演化模型，對焊接力學和數值模擬的發展及應用具有重大的推動作用和研究意義。 2100433B

建立合適的材料硬化模型，準確表征焊接過程材料的硬化行為和應力應變演化過程，對準確地預測焊接殘余應力、評估焊接結構完整性具有重要的科學價值和現實意義。本項目以核反應堆壓力容器主管道焊接殘余應力評估為背景，以316L奧氏體不銹鋼為研究對象，提出以熔池橫截面形貌、溫度曲線及焊接冷卻速率修正焊接熱源模型，實現焊接溫度場的準確模擬；改進A-F非線性隨動硬化模型，推導模型參數與溫度之間的關系，結合一定比例的等向硬化模型，建立一種新的非線性混合硬化模型；基于等溫拉伸壓縮試驗、Satoh試驗及316L不銹鋼表面堆焊、多道焊試驗，驗證非線性混合硬化模型的可靠性。結合焊接數值模擬和DIC動態應變測量，基于拉達伊應力應變演化模型，考慮材料退火效應，提出新的焊接過程準穩態下熱彈塑性應力應變演化模型。

應變硬化指數是指由塑性變形引起的硬度和強度增加的度量。通過以下等式將真應力和真應變聯系起來：S= F d h 其中：s代表真應力，F代表單位應變的真應力，d代表真應變，h代表應變硬化指數。

為揭示梯度納米結構金屬的應變硬化機理，利用SAMT技術在IF鋼、304不銹鋼、AZ31鎂合金中制備了多種梯度納米結構樣品，通過拉伸、循環應力松弛、微結構表征以及有限元模擬，研究了梯度納米結構表層與粗晶基體協調變形的微觀過程、力學性能與應變硬化規律、以及應變硬化過程對應的可動位錯形成與增殖、馬氏體相變等微結構行為。得出以下主要結論：(1) 梯度納米結構在拉伸過程中發生單軸向多軸的應力狀態轉變。粗晶基體發生屈服后，因泊松比不同而在梯度表層產生拉─壓、在粗晶基體形成拉─拉多軸應力狀態；整體進入屈服以后，梯度表層失穩受基體抑制，表層產生拉─拉、而粗晶基體形成拉─壓多軸應力狀態；(2) 梯度表層與粗晶基體在側向的協調變形使梯度納米結構在拉伸過程中形成應變梯度，導致幾何必需位錯密度增加從而提高應變硬化；同時應力狀態由單軸向多軸的轉變過程使可動位錯密度不斷形成并增殖，進一步提高了位錯交互作用與應變硬化；(3) 梯度納米結構表層細小的晶粒結構和多軸應力狀態使馬氏體相變持續到較高的應力與應變水平，使得在高應力水平下獲得高應變硬化，從而得到超過1500 MPa屈服強度和20%均勻拉伸伸長率；(4) 在鎂合金中，梯度納米結構表層與粗晶基體不同的滑移模式在界面處形成高應力，使錐面滑移在室溫下被激活，從而使屈服強度提高2─5倍且保留超過10%的拉伸伸長率。此外，由于負責人工作單位發生變動，開展了部分適應新單位要求的研究工作，得到主要結論如：(5) TiAl合金熱處理過程中微孔膨脹以致微裂紋形成是室溫脆性的主要因素，通過集成熱等靜壓和熱處理工藝，得到無缺陷組織并使室溫強度與拉伸延性同時提高；(6) 位錯可在石墨烯/金屬基體界面上滑移，從而影響并弱化石墨烯金屬的變形織構；同時石墨烯可抑制晶界遷移而提高金屬的熱穩定性。

利用表面機械研磨技術制備奧氏體不銹鋼的梯度納米結構塊體樣品，為揭示梯度納米結構金屬的應變硬化行為及微結構機理，進行拉伸、循環應力松弛和顯微壓入等力學性能測試，研究表層的強度和塑性等力學性能；利用有限元模擬，研究表層與粗晶基體塑性協調的微觀力學過程；利用X射線衍射、透射電子顯微鏡等研究梯度納米結構表層的晶粒尺寸、孿晶和相組成的梯度分布特征，重點關注不同拉伸應變下梯度納米結構表層中位錯、層錯、孿晶和相變的形成、發生及交互作用，揭示(1)梯度納米結構表層應變硬化的微結構機理；(2)表層與粗晶基體塑性協調的微觀力學過程。通過本項目的研究，闡明梯度納米結構金屬高拉伸伸長率的微觀機制，建立梯度納米結構金屬宏觀力學性能與關鍵梯度參量的關聯，為澄清納米金屬本征力學性能、突破納米金屬低塑性瓶頸提供思路。