基于晶体塑性有限元模型的异步轧制纯铜箔变形行为晶粒统计效应（英文）

采用一种真实的多晶集合体模型和晶体塑性有限元模型,研究异步轧制纯铜箔塑性变形晶粒统计效应。考虑局部硬化耗散作用,根据取向分布函数在取向空间中的分布规律将晶体取向分配给各个晶粒的单元积分点,建立弹塑性大变形条件下的相关多晶体塑性模型,并将其引入隐式有限元法。对非均匀材料流动、铜箔厚度一定时接触压力和轧制力随晶粒尺寸增加而降低的变形行为进行研究。结果表明,在箔材厚度方向上只有少数几个晶粒时,晶粒尺寸、形貌和取向不再均匀分布于箔材中,材料的变形行为主要受到单个晶粒变形行为的影响,从而导致非均匀变形及模拟和实验结果更加离散。研究变形过程中滑移系的启动过程,晶粒取向对滑移系的启动和滑移带的形成具有重要影响,预测结果与表面层模型一致。随着晶粒尺寸的增加,表层晶粒效应增大,更加有利于降低轧制力和激活表层晶粒内滑移系的开动。通过箔材轧制实验和模拟,可以更加深入地理解异步轧制极薄带微塑性变形的机理。     

Cu极薄带轧制中滑移与变形的晶体塑性有限元模拟

为了定量描述晶粒取向和结构对极薄带轧制微观塑性变形非均匀性的影响,采用晶体塑性有限元方法(CPFEM)和Voronoi图的多晶模型,考虑试样尺寸、晶粒尺寸、晶体取向及其分布,模拟了不同厚度Cu极薄带在相同压下率条件下的滑移与变形行为,得到了介观尺度上Cu极薄带的微观应力-应变和启动滑移系分布.模拟获得的应力-应变曲线和实验测得的曲线基本一致,验证了晶体塑性有限元模型的准确性.通过对40%压下率Cu极薄带轧制变形的研究表明,无论是在晶粒内部还是在晶粒间,材料内部的变形都非常不均匀,这种不均匀性主要是由初始晶粒取向和结构不同、近邻晶粒取向差以及变形时滑移系的运动特性和晶粒旋转不同引起的.滑移系首先在自由表面和晶界处被激活,而后引起晶粒内部滑移系的启动与运动.     

轧制单层和少层晶铜箔塑性各向异性的晶体塑性有限元模拟

采用具有拉拔?压缩?剪切复合成形功能的微型异步轧机,对厚度方向具有单层和少层晶结构的铜极薄带开展箔轧实验.基于晶体塑性有限元理论,模拟分析复合轧制单层和少层晶铜极薄带的塑性各向异性行为.将单层和少层晶铜极薄带的初始织构和晶粒形貌输入晶体塑性有限元模型,分析极薄带轧制成形中晶粒层次的滑移启动、定量应变演化以及变形局部化现...     

极薄带轧制过程的晶体塑性有限元分析

极薄带轧制过程中,当轧件厚度降低到与晶粒尺寸同一量级时,其变形在很大程度上受到晶粒形态和取向等内部组织状态的影响,传统塑性理论不能直接用于微观塑性成形的分析。介绍了采用晶体塑性有限元方法对极薄带轧制过程所做的研究,如轧件厚度和晶粒尺寸对轧制变形的影响、塑性变形时滑移系的激活和运动等。     

张力作用下304不锈钢箔材的轧制变形模拟

为了分析张力对304不锈钢箔材轧制过程中微观塑性变形行为的影响,通过率相关的晶体塑性有限元方法和Voronoi多晶体模型,模拟了 304不锈钢箔材的轧制变形过程,得到了介观尺度上304不锈钢箔材不均匀变形和滑移系的运动状态.结果表明,增大张力可以有效促进不锈钢箔材的塑性变形,明显降低所需的轧制力,减少轧制变形区内与上下...     

基于多晶体塑性模型的纯铜轧制有限元模拟

以晶体塑性有限元理论为基础,在有限元软件ABAQUS中通过Voronoi图的多晶模型对不同初始取向的两种多晶纯铜试样轧制后的变形进行了分析.结果表明,轧制后多晶纯铜试样中晶粒自身的变形与其内部的应力、应变都不均匀,且与其取向、大小、形状及晶粒间的相互作用相关.     

基于CPRVE模型的304不锈钢极薄箔材参数标定

基于晶体塑性有限元方法 (CPFEM)结合形状因子与临界距离控制生成的三维晶体塑性代表体积单元(CPRVE)模型,模拟了304不锈钢极薄箔材的单轴拉伸过程。将代表性体积单元(RVE)模型的单轴拉伸结果与拉伸实验结果进行匹配,标定了304不锈钢极薄箔材的晶体塑性参数,分析了晶粒个数和晶粒内单元数对RVE模型的影响。结果表明,包含512个随机取向的晶粒,每个晶粒内约有125个单元的RVE模型可以准确地体现304不锈钢极薄箔材的宏观力学性能。使用标定的晶体塑性参数模拟单轴拉伸应变为0. 54时的织构演化,模拟结果与EBSD测得的织构演化结果相吻合,证明了标定的晶体塑性参数的准确性。     

γ-TiAl单晶塑性变形中晶粒转动的CPFEM模拟

基于晶体塑性理论和有限元方法建立适合面心正方结构(L1_0)金属力学行为的细观数值本构关系模型,并利用该晶体塑性有限元(CPFEM)模型对γ-TiAl单晶室温下的单向拉伸试验进行模拟。模拟中拉伸方向分别选取[10](普通滑移),[01](超滑移)、[112](孪生)及任意取向[201]。结果表明:拉伸变形中γ-Ti Al单晶晶粒以中心为转轴发生转动,且取向对其晶粒转动有显著的影响。[10](普通滑移)取向的晶粒转动较小,其余取向的晶粒转动角度相对较大;[10]取向的晶粒,其拉伸阻力较小,进而普通位错容易启动,且拉伸中以普通滑移系的激活为主;其他取向拉伸时,滑移系激活的阻力较大,必须以扭转来调整取向因子从而协调变形,因而表现出显著的晶粒转动。     

316LN不锈钢混晶组织微区不均匀塑性变形研究

针对核电主管道用钢316LN经常出现的混晶组织,通过实验与晶体塑性有限元分析了混晶组织的晶粒尺寸、取向等微观组织对微区塑性变形特点的影响规律。应用数字图像相关法(DIC)实验定量获得了6%变形条件下的微区变形分布,验证了晶体塑性有限元模型的正确性。通过大变形实验获得了晶粒变形结果和滑移带分布,并用晶体塑性有限元模拟再现了微区变形的不均匀性。研究发现,混晶组织的塑性变形是非常不均匀的,细晶组织具有明显的应力应变集中现象,并发生更明显的晶体转动,而粗晶的整体变形则相对较小,但局部区域亦表现出明显的应变集中和滑移带聚集。     

工程法与滑移线场组合解析立轧轧制力

提出以工程法与滑移线场组合求解粗轧过程立轧轧制力的方法。基于立轧的变形特点,绘制出经立轧道次后轧件塑性区的滑移线场,根据立轧中狗骨区滑移线场的几何特点,确定了立轧后塑性区的最大深度。然后应用工程法在轧件塑性区域内建立力平衡微分方程并联解屈服条件得出立轧轧制力的解析解,并对此立轧轧制力模型的物理意义进行分析。使用有限元模拟对立轧变形规律进行总结并与组合解法解得的立轧轧制力模型进行比较,误差较小,验证了此轧制力模型的物理意义。将建立的力学模型预测的轧制力与实测数据比较,误差不超过10%。     

孪生诱发软化与强化效应的Cu晶体塑性行为模拟

基于晶体塑性理论,考虑孪生软化效应建立了描述孪晶形核、增殖和长大的位错密度基晶体塑性有限元模型。应用该模型揭示了不同晶体取向Cu单晶拉伸变形过程中位错滑移、孪生激活及其交互作用下的宏观塑性行为演化规律,进一步分析了Cu多晶拉伸变形过程中晶粒间交互作用对孪生软化、应变硬化等宏观塑性行为的影响。结果表明：孪生具有明显的取向效应,在孪生主导塑性条件下,Cu单晶塑性变形过程中孪晶增殖导致应力-应变曲线存在明显的应力突降现象,其塑性变形分为滑移、孪生及位错与孪晶交互作用3个阶段;此外,随着饱和孪晶体积分数增加,Cu单晶塑性变形过程中第3阶段的应变硬化率也随之提升。进一步模拟Cu多晶拉伸变形的塑性行为可知,在晶粒间交互作用下孪晶形核、增殖和长大过程中不会出现应力突降现象,与Cu单晶相比整个塑性变形过程具有更高的应变硬化率;Cu多晶塑性变形过程中位错密度在晶界处出现集中现象,孪晶也容易在晶界处形成。     

孪生诱发软化与强化效应的Cu晶体塑性行为模拟

基于晶体塑性理论,考虑孪生软化效应建立了描述孪晶形核、增殖和长大的位错密度基晶体塑性有限元模型。应用该模型揭示了不同晶体取向Cu单晶拉伸变形过程中位错滑移、孪生激活及其交互作用下的宏观塑性行为演化规律,进一步分析了Cu多晶拉伸变形过程中晶粒间交互作用对孪生软化、应变硬化等宏观塑性行为的影响。结果表明：孪生具有明显的取向效应,在孪生主导塑性条件下,Cu单晶塑性变形过程中孪晶增殖导致应力-应变曲线存在明显的应力突降现象,其塑性变形分为滑移、孪生及位错与孪晶交互作用3个阶段;此外,随着饱和孪晶体积分数增加,Cu单晶塑性变形过程中第3阶段的应变硬化率也随之提升。进一步模拟Cu多晶拉伸变形的塑性行为可知,在晶粒间交互作用下孪晶形核、增殖和长大过程中不会出现应力突降现象,与Cu单晶相比整个塑性变形过程具有更高的应变硬化率;Cu多晶塑性变形过程中位错密度在晶界处出现集中现象,孪晶也容易在晶界处形成。     

纳米孪晶铜力学性能和尺度效应的研究

采用基于机制的应变梯度塑性的传统理论(CMSG),对具有不同尺寸的铜纳米晶粒及孪晶的应力-应变关系进行了有限元模拟.在分析中提出了孪晶薄层强化带的概念并用粘聚力模型模拟晶界的滑移和分离现象,给出了在单向拉伸条件下不同厚度孪晶薄层和不同材料参数对孪晶铜总体应力-应变关系的影响,同时也给出了晶粒中孪晶薄层取向分布对孪晶铜应力-应变关系的影响.数值模拟结果显示:随着晶粒尺寸和孪晶薄层间距的减小,应变梯度效应逐渐增强,材料强化效果越明显;孪晶薄层的取向分布对材料整体的力学性能有较大影响,并且随着晶粒及孪晶薄层间距的减小,孪晶薄层取向的影响也越来越小.最后,有限元计算结果与实验数据进行了对比分析.     

取向与晶界对γ-TiAl双晶塑性行为影响的CPFEM模拟

基于晶体塑性理论和有限元方法,利用ABAQUS/UMAT二次开发接口,采用FORTRAN语言开发γ-Ti Al合金晶体塑性本构关系子程序,建立综合考虑位错滑移、形变孪晶和晶界效应的γ-Ti Al合金双晶体模型,模拟常温下不同晶粒取向差(2°、5°、8°、30°、45°和60°)与晶界效应对γ-Ti Al合金塑性变形的影响。结果显示:晶界的存在和晶粒取向差异会导致双晶体变形的不均匀性,在晶界处出现应力集中现象,且晶界区域表现出与晶粒内部区域不同的力学性质。晶界区域的受力状态受到相邻晶粒的影响,晶界角度较小时,两个晶粒滑移系的累积剪切变形较为协调,双晶体整体的塑性变形较为均匀。     

多晶铜压缩过程中晶粒取向演化的塑性理论分析

基于电子背散射分析(EBSD)技术对纯铜柱状晶标定获得的初始晶粒形貌和平均取向,利用晶体塑性理论,建立了基于晶粒真实取向和形貌的多晶塑性有限元模型,模拟了纯铜柱状晶单轴压缩过程中的取向变化,并对形变带形貌进行初步模拟.通过相应的单轴压缩实验获得了取向变化和形变带形貌的实验数据.系统地比较了多晶样品中各晶粒取向演化和形变带形貌的模拟结果和实验结果,得到晶粒取向和微观结构变化的统计性结果.     

晶体塑性模型分析微圆柱墩粗变形尺寸效应机理(英文)

为了分析单个晶粒变形行为对微成形的影响,将自由表面的晶粒看作单晶体构建晶体塑性模型。基于率相关晶体塑性理论,考虑试样尺寸、初始晶体取向及其分布,分析微圆柱体墩粗变形中尺寸效应机理。结果表明,流动应力随着试样尺寸的减小而明显减小,晶体取向的分布对试样流动应力具有显著影响,并随着塑性变形的进行而减小。由于单晶体的各向异性,在试样表层发生了明显的非均匀变形,这将导致表面粗糙度的增加,小尺寸试样则更加明显。过渡晶粒的存在使得晶粒各向异性对表面形貌的影响减小。模拟结果得到了实验验证,这表明所建立的模型适合于以尺寸依赖性、流动应力分散性和非均匀变形为特点的微成形工艺分析。     

TA15钛合金高温变形多晶体塑性有限元模拟

通过晶体塑性有限元与电子背散射衍射(EBSD)技术相结合的方法,实现TA15钛合金相变点以上高温压缩变形的晶体塑性有限元模拟。采用元胞自动机方法获得了晶粒的初始形貌,通过用户子程序UMAT将基于率相关晶体塑性本构方程嵌入到软件ABAQUS中。模拟结果显示,TA15合金热压缩变形组织呈明显的形变不均匀特征,模型中晶粒内部应力应变分布不均匀。不同晶粒滑移系的开动不同,即使在同一晶粒内部,也存在滑移系开动不同步的情况。采用电子背散射衍射(EBSD)技术对TA15钛合金的热压缩变形组织的变形不均匀特征进行了验证。     

纳米孪晶铜尺度效应的数值模拟

为了理解电解沉积纳米孪晶铜的拉伸变形行为,采用基于机制的应变梯度塑性理论对其拉伸变形进行数值模拟研究;提出孪晶薄层强化带的概念,并采用黏聚力界面模型模拟晶界的滑移和分离现象。采用的计算模型包含晶粒尺寸、弹性模量、塑性硬化指数、初始屈服应力和孪晶薄层分布等和尺度效应相关的一系列参数。计算结果有助于理解纳米孪晶铜的力学行为。     

循环旋转弯曲变形中65Cu–35Zn黄铜管显微组织和力学性能的演变（英文）

为了细化65Cu-35Zn黄铜管的晶粒尺寸,并改善其力学性能,进行不同变形条件下的循环旋转弯曲(CRB)实验。利用光学显微镜、EBSD和常温拉伸实验,对变形后管材的显微组织和轴向力学性能进行研究。为了获得变形过程中黄铜管的累计有效塑性应变,对黄铜管不同变形条件下的CRB进行有限元模拟。结果表明,常温变形条件下,黄铜管的平均晶粒尺寸随旋转时间的增加而减小;在200℃变形条件下,其平均晶粒尺寸随弯曲角度的减小而减小。随着累计有效塑性应变的增加,变形后黄铜管平均晶粒尺寸减小率呈现增大趋势,其抗拉强度呈现波状增加,而伸长率呈现先增加后迅速减小的趋势。     

材料微结构三维建模及其晶体塑性有限元模拟

采用Voronoi图,生成具有随机晶粒形状的三维多晶集合体模型,并赋予每个晶粒相应的取向。基于率相关晶体塑性理论,开发了用户材料子程序,并将其嵌入有限元软件中模拟面心立方多晶集合体在单轴单向拉伸过程中的应力-应变响应,分析了网格细化及晶粒取向对模拟结果的影响。研究表明,随网格细化应力值有所降低,但变化不大,为保证结果的可靠度,平均每个晶粒离散的单元数目在5个以上;随多晶集合体中晶粒数目的增加,由于取向的随机性产生的应力-应变的差异逐渐减小,模拟时多晶集合体中晶粒的数目大于50个;模型较好的反映了材料的真应力随应变速率增加而增大的规律,且模拟结果和实验结果吻合良好,说明该模型具有较高的可靠性。