面心纯铝单向拉伸的晶体塑性学有限元模拟

基于率相关晶体塑性本构模型,实现了晶体塑性学有限元模拟过程。直接将电子背散射衍射(EBSD)获取的晶粒初始取向输入晶体塑性有限元模型,分别预测了单向拉伸面心1050纯铝过程中的力学响应与织构演化。应力应变响应数值模拟结果与实验结果有较好的一致性,同时也存在一定的偏差。两种多晶模型(Taylor模型和有限单元模型)分别模拟了单向拉伸真应变0.25和0.37时的织构演化。随着真应变的增加,两种丝织构(〈111〉织构和〈100〉织构)变得更加锋锐,模拟结果与EBSD实验测得的织构演化结果有较好的一致性。     

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...     

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...     

晶粒尺寸效应对铜极薄带轧制变形机制影响的模拟研究

采用退火态轧制铜箔为原料,进行晶粒尺寸效应的箔轧实验和晶体塑性有限元模拟。基于率相关晶体塑性理论,开发用户材料子程序(UMAT),建立轧制铜极薄带的晶体塑性有限元模型,改进Voronoi图种子生成的随机性,建立反映晶粒形貌、晶界不规则性的多晶极薄带几何模型,并编写赋予多晶取向的算法,用以控制多晶取向及织构分布,研究晶粒尺寸效应对其变形机制的影响。结果表明:在铜极薄带中尺寸较小晶粒中产生的剪切带相对于尺寸较大晶粒中产生的要均匀,可较好地减小变形局部化;不同晶粒尺寸铜极薄带的滑移系启动和累积滑移存在显著差异,启动的滑移系随晶粒尺寸的减小而增多;表层晶粒和内部晶粒的约束差异导致变形后晶粒取向主要绕横向(TD)进行旋转,旋转角度和极点分散度随晶粒平均尺寸的减小而减小。箔轧实验和模拟得到的轧制力-晶粒尺寸曲线基本一致,即晶粒取向对轧制力的影响随晶粒平均尺寸的减小而减弱。     

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。     

基于滑移与孪生镁合金晶体塑性本构模型及微结构关联分析

为了揭示镁合金晶体微结构与孪生变形之间的关联性,采用伪滑移模式描述孪生变形,建立包含滑移与孪生变形机制的晶体塑性本构关系,推导以剪切应变率作为自变量的本构方程牛顿-拉普森迭代式。采用基于体素方法建立的多晶三维微结构有限元模型,对挤压镁合金材料沿挤压方向加载的单轴拉伸和压缩变形行为进行模拟。模拟结果表明,单轴加载下模拟与试验的材料宏观硬化行为基本吻合,及压缩变形的模拟织构演化与试验织构演化也基本趋同。对多晶体内基本物理量的统计分析表明,该模型能够展现多晶内的应力应变、孪晶体分数在空间的不均匀分布特性,而孪晶体分数分布与晶粒尺寸、晶界位向角及晶界倾角等微结构之间缺乏确切的关联性,表明非均匀微结构所导致的独特应力非均匀状态并不是出现孪生变形与微结构强关联性的原因。     

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.     

Custom450钢拉伸的晶体塑性有限元分析

基于Voronoi方法建立了Custom450钢拉伸的二维晶体塑性模型,分析了初始硬化模量、参考剪切应变率、应变率敏感系数、初始屈服应力以及饱和流动应力对材料应力-应变曲线的影响,并对晶体塑性参数进行了标定。结果表明,晶体塑性本构模型可以较为准确地反映该材料的单轴拉伸行为,相关塑性参数可影响材料的硬化过程和屈服强度,对比拉伸试验结果发现,通过晶体塑性有限元仿真得到的结果与试验结果的误差不超过3%。晶体塑性参数及模型经过标定后,为进一步研究材料在介观尺度上的应变局部化及损伤不均匀性提供了基础。     

晶粒取向对过载下疲劳裂尖塑性区的影响

为了厘清过载形式及裂尖晶体的晶粒取向对裂尖塑性区和疲劳性能的影响，采用基于晶体塑性有限元的子模型方法对裂尖塑性区进行了分析。首先，构建了具有随机微结构的多晶代表性体积单元模型并对其中的Chaboche模型与晶体塑性循环本构模型参数进行了识别。然后，应用子模型方法对裂尖位置进行了不同特征的晶粒取向分析以总结不同滑移系下的累积剪切应变。最后，结合过载行为对比了不同晶粒取向下的裂尖过载效应。结果表明，在拉伸过载、拉伸-压缩过载与压缩-拉伸过载中，拉伸过载均对抑制裂纹起主导作用。此外，应力集中倾向于发生在“硬”晶粒内，而应变集中往往位于“软”晶粒内，其中应变集中的晶粒取向趋势主要集中在反极图中的[001]方向。当裂尖晶体的晶粒取向倾向于“软晶粒”时有利于进一步优化拉伸过载的裂纹延迟效应。     

基于晶体塑性有限元方法的不同变形状态下织构演化预测(英文)

提出一种以线性方程组为控制方程的显式晶体塑性模型。该模型可用高斯全主元消去法直接求解,无需任何迭代。提出基于晶体学坐标系的求解流程以减少由于变形中晶粒旋转而额外增加的计算量。建立晶体塑性有限元模型,并将预测结果与试验结果进行对比,验证该模型在织构演化预测方面的可靠性。该模型被用于预测不同变形状态下的织构演化,而这些不同的变形状态是通过调整Z和Y方向上的加载速度比(k)实现的。实验结果表明:该模型在织构演化预测方面是可靠的(在压缩、拉伸、简单剪切和平面应变压缩过程中的预测结果与试验吻合良好)和高效的(比隐式模型快 100 多倍);随着k值的增大,强织构由与法向(ND)成±35°角向{111}面上的丝织构转变,且织构强度增大;当应变速率在 0.1~100s 1之间增大时,织构强度迅速降低,而当应变速率在 100~7×104s 1之间增大时,织构强度缓慢减小,这表明该模型在模拟超高应变速率变形时也是数值稳定的。