多晶体材料三维微结构的有限元分析

发布时间：2020-03-28 11:11

【摘要】：当材料处于微尺度条件下,原有在宏观尺度下与材料尺寸无关的一些力学性能将变得不再独立,尺寸效应表现的尤为明显,而原有的各向同性的理论学说不能很好地解释这种尺寸效应,无法在材料微加工时提供比较有效的指导,这种情况促使了人们对材料微结构理论的研究。细观尺度下塑性分析理论的引入可以让人们更好地认识多晶材料的细观塑性变形机理并对材料加工过程和产品质量的提升提供相应的参考。本文利用晶体塑性有限元法(CPFEM)从晶体学基本理论到本构关系的有限元实现、多晶几何建模和多晶体RVE、单、双拉试件的有限元分析等方面对A6061铝合金变形过程中的晶体取向、晶粒形貌、宏观塑性变形等方面进行了深入研究,讨论微观结构变形对宏观性能的影响,分析复杂加载条件下晶粒的变化。主要内容如下:(1)基于晶体塑性本构关系,利用ABAQUS用户自定义子程序接口,通过编写满足用户需要的UMAT并对其进行调试和应用于多晶体有限元分析,模拟结果表明,基于晶体塑性的本构模型是描述微观材料各向异性变形的有效工具和手段。(2)利用Matlab和Python方法进行了多晶体的几何建模,通过编写脚本程序为晶粒赋予随机取向,并在ABAQUS平台上实现了多晶体模型有限元分析。实验结果表明,Voronoi结构的多晶体模型能够较好地描述实际多晶体材料的整体宏观外形和内部晶粒微观形貌,是一种有效的多晶体有限元模拟工具。(3)通过对多晶体RVE模型的有限元分析,描述各晶粒应力、应变的不均匀性,分析滑移系的启动等现象。研究表明,材料在变形时,在晶界处会产生应力集中、接触压力急剧变化等现象。通过对单拉、双拉Voronoi多晶体试件有限元分析,考虑晶粒初始取向、晶粒形貌、空间位置等结构对材料宏观性能的影响。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB303

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本文编号：2604373