晶体塑性模型在单晶铜低周疲劳行为中的应用

关注循环载荷作用下晶体滑移变形中的非线性硬化现象,用改进的晶体塑性模型刻画单晶金属在循环载荷作用下的变形机理.通过试验和数值模拟,研究单晶铜在循环载荷作用下的Bauschinger效应、滞回特性和循环硬化等循环塑性现象.所得结果表明,文中提出的模型可以有效地描述单晶金属在循环载荷下的非线性变形过程,可以与有限元方法结合,用数值模拟再现试样在循环加载中的Bauschinger效应、滞回特性和循环硬化等塑性变形行为.     

非均质材料微成形过程的晶体塑性模拟

微塑性成形中,由于参与变形的晶粒数量有限,材料非均质现象显著,基于均匀化假设的宏观弹塑性模型不再适用,为了研究有限数量晶粒组成的材料塑性变形过程,需结合其微结构与微观塑性变形机制.参照金属材料的微结构,构建了非均质多晶模型,采用晶体塑性本构关系和Cauchy应力更新算法,设计了材料子程序(VUMAT),对含不同晶粒数目的圆形板料拉深过程进行模拟分析.研究表明,非均质多晶板料成形的筒形件具有明显制耳,但制耳轮廓无规律.晶粒数目增加会弱化材料非均质现象,使制耳高度降低,但又引起晶粒间约束增强,使拉深力小幅增长.     

循环压缩应力作用下的疲劳裂纹扩展机制研究

裂纹在循环压缩载荷作用下的扩展已经被实验证实,但是由于难以进行观测因而无法准确描述,另外裂纹面在压缩载荷的作用下会出现闭合现象也增加了问题的复杂性。文中通过有限元方法,建立三种几何条件的裂纹模型,考虑裂纹面接触问题,进而对循环压缩载荷作用下的裂纹萌生扩展进行分析。结果表明,裂尖区域在循环压缩载荷作用下的残余拉伸应力是导致裂纹扩展的重要因素。同时,还对不同裂尖几何在裂纹描述的合理性方面提出一些看法。研究表明,裂纹在循环压缩载荷作用下的扩展能力是有限的、稳定的。     

增材制造BCCZ点阵夹芯梁结构的自由振动分析

通过理论、有限元和试验方法研究了悬臂边界条件下BCCZ(体心立方点阵边界添加Z向杆件增强构型)点阵夹芯梁结构的振动行为。基于哈密顿原理和“改进折线”法，获得其振动频率理论模型。并使用SLM(选择性激光熔融)技术和钛合金TC4材料制备了BCCZ点阵夹芯梁试件，进行了模态试验，有限元和试验验证了理论模型的准确性。然后研究了胞元直径、面板厚度和芯子高度等结构几何参数和材料性能对BCCZ点阵结构振动性能的影响规律。结果表明：减小胞元直径，减小面板厚度，提高芯子高度均可以提高BCCZ点阵夹芯梁结构的一阶固有频率参数(一阶固有频率与同质量同面板面积的实体结构之比),胞元直径的影响最明显。面板-芯子-面板材料组合为钛-铝-钛时一阶固有频率最高。研究结果对BCCZ点阵夹芯结构的设计及工程应用具有一定的指导意义。