基于晶体塑性理论的面心立方晶体有限元分析
发布时间：2021-02-04 07:47
现代工业正在快速发展,工业材料的需求也日益严格,因此对金属材料力学性能的研究也逐渐深入,现阶段已经将研究深入到微观结构。近30年,随着有限元技术的不断发展,研究者们将塑性细观力学和有限元方法联系在一起,实现了晶体变形在有限元软件的模拟。此外,电子背散射衍射也成为晶体细观力学研究极为重要的检测工具,为金属材料晶体结构的力学性能研究做出了突出的贡献。本文通过将晶体塑性理论嵌入到有限元软件Abaqus中,结合电子背散射衍射技术,分别研究了晶体取向对单晶体和多晶体的影响。首先通过Abaqus中的用户子程序建立了基于面心立方晶体塑性理论的有限元模型,将铜单晶的实验参数赋予给有限元模型,将单晶体模拟拉伸后的应力应变曲线与试验结果进行比较,发现结果差别不大,表明建立的面心立方晶体有限元模型时符合实际工程的。当改变实验参数中的晶体取向时,单晶体的应力应变分布也发生变化,证明了单晶体的各向异性。因此将晶体取向作为变量,计算晶体取向对应的施密特因子,得到施密特因子和晶体屈服应力呈负相关关系,与施密特定律一致,这表明晶体取向是会影响单晶体的力学性能的。以单晶体的有限元模型为基础,通过Matlab中的voro...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景介绍
1.2 连续介质力学基础
1.3 晶体学基础
1.3.1 晶体学概念
1.3.2 面心立方晶体
1.4 国内外研究现状
1.5 本文主要研究内容
2 晶体塑性有限元方法
2.1 有限元思想
2.1.1 Abaqus软件
2.1.2 用户子程序UMAT
2.2 晶体变形过程
2.2.1 晶体缺陷
2.2.2 单晶体塑性变形
2.2.3 多晶体塑性变形
2.3 晶体塑性理论
2.3.1 运动学和动力学
2.3.2 硬化规律
2.4 晶体塑性有限元数值解法
2.4.1 向前梯度时间积分
2.4.2 增量公式
2.5 本章小结
3 单晶铜的单轴拉伸过程模拟
3.1 引言
3.2 单晶体模拟过程
3.2.1 材料基本信息
3.2.2 晶体塑性有限元模拟
3.2.3 结果与讨论
3.3 各向异性
3.4 方位因子与屈服强度关系
3.4.1 施密特因子和屈服应力的关系
3.4.2 结果与讨论
3.5 本章小结
4 多晶铝的单轴拉伸模拟
4.1 引言
4.2 EBSD技术及应用
4.3 多晶体模拟过程
4.3.1 voronoi模型及有限元实现
4.3.2 结果与讨论
4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]晶体相场法研究应力状态及晶体取向对微裂纹尖端扩展行为的影响[J]. 郭刘洋,陈铮,龙建,杨涛. 物理学报. 2015(17)
[2]基于晶体塑性理论的面心立方单晶变形研究[J]. 安红萍,丁艳红,李婷. 太原科技大学学报. 2015(01)
[3]2124铝合金疲劳裂纹扩展的EBSD分析（英文）[J]. 蹇海根,尹志民,姜锋,李雪. 稀有金属材料与工程. 2014(06)
[4]Fracture analysis of rock mass based on 3-D nonlinear Finite Element Method[J]. LIU YaoRu, CHANG Qiang, YANG Qiang, WANG ChuanQi & GUAN FuHai State Key Laboratory of Hydroscience and Hydraulic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China. Science China（Technological Sciences）. 2011(03)
[5]晶体取向对镍基单晶合金蠕变行为的影响[J]. 田素贵,于莉丽,张殊,于慧臣,钱本江,肖丽. 中国有色金属学报. 2011(02)
[6]2D C/C复合材料微观结构与力学性能的研究[J]. 和永岗,李克智,魏建锋,郭领军,张磊磊. 无机材料学报. 2010(02)
[7]TWIP钢中晶粒尺寸对TWIP效应的影响[J]. 王书晗,刘振宇,王国栋. 金属学报. 2009(09)
[8]晶体塑性模型在单晶铜低周疲劳行为中的应用[J]. 郭运强,张克实,耿小亮,刘芹. 机械强度. 2009(02)
[9]岩石电子背散射衍射（EBSD）组构分析及应用[J]. 刘俊来,曹淑云,邹运鑫,宋志杰. 地质通报. 2008(10)
[10]面心纯铝单向拉伸的晶体塑性学有限元模拟[J]. 皮华春,韩静涛,章传国,A.K.Tieu,姜正义. 塑性工程学报. 2007(01)
硕士论文
[1]基于多相夹杂理论的水泥混凝土热膨胀系数研究[D]. 吴小双.哈尔滨工业大学 2016
[2]面心立方多晶体塑性变形有限元模拟[D]. 伊兴华.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3017985
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景介绍
1.2 连续介质力学基础
1.3 晶体学基础
1.3.1 晶体学概念
1.3.2 面心立方晶体
1.4 国内外研究现状
1.5 本文主要研究内容
2 晶体塑性有限元方法
2.1 有限元思想
2.1.1 Abaqus软件
2.1.2 用户子程序UMAT
2.2 晶体变形过程
2.2.1 晶体缺陷
2.2.2 单晶体塑性变形
2.2.3 多晶体塑性变形
2.3 晶体塑性理论
2.3.1 运动学和动力学
2.3.2 硬化规律
2.4 晶体塑性有限元数值解法
2.4.1 向前梯度时间积分
2.4.2 增量公式
2.5 本章小结
3 单晶铜的单轴拉伸过程模拟
3.1 引言
3.2 单晶体模拟过程
3.2.1 材料基本信息
3.2.2 晶体塑性有限元模拟
3.2.3 结果与讨论
3.3 各向异性
3.4 方位因子与屈服强度关系
3.4.1 施密特因子和屈服应力的关系
3.4.2 结果与讨论
3.5 本章小结
4 多晶铝的单轴拉伸模拟
4.1 引言
4.2 EBSD技术及应用
4.3 多晶体模拟过程
4.3.1 voronoi模型及有限元实现
4.3.2 结果与讨论
4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]晶体相场法研究应力状态及晶体取向对微裂纹尖端扩展行为的影响[J]. 郭刘洋,陈铮,龙建,杨涛. 物理学报. 2015(17)
[2]基于晶体塑性理论的面心立方单晶变形研究[J]. 安红萍,丁艳红,李婷. 太原科技大学学报. 2015(01)
[3]2124铝合金疲劳裂纹扩展的EBSD分析（英文）[J]. 蹇海根,尹志民,姜锋,李雪. 稀有金属材料与工程. 2014(06)
[4]Fracture analysis of rock mass based on 3-D nonlinear Finite Element Method[J]. LIU YaoRu, CHANG Qiang, YANG Qiang, WANG ChuanQi & GUAN FuHai State Key Laboratory of Hydroscience and Hydraulic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China. Science China（Technological Sciences）. 2011(03)
[5]晶体取向对镍基单晶合金蠕变行为的影响[J]. 田素贵,于莉丽,张殊,于慧臣,钱本江,肖丽. 中国有色金属学报. 2011(02)
[6]2D C/C复合材料微观结构与力学性能的研究[J]. 和永岗,李克智,魏建锋,郭领军,张磊磊. 无机材料学报. 2010(02)
[7]TWIP钢中晶粒尺寸对TWIP效应的影响[J]. 王书晗,刘振宇,王国栋. 金属学报. 2009(09)
[8]晶体塑性模型在单晶铜低周疲劳行为中的应用[J]. 郭运强,张克实,耿小亮,刘芹. 机械强度. 2009(02)
[9]岩石电子背散射衍射（EBSD）组构分析及应用[J]. 刘俊来,曹淑云,邹运鑫,宋志杰. 地质通报. 2008(10)
[10]面心纯铝单向拉伸的晶体塑性学有限元模拟[J]. 皮华春,韩静涛,章传国,A.K.Tieu,姜正义. 塑性工程学报. 2007(01)
硕士论文
[1]基于多相夹杂理论的水泥混凝土热膨胀系数研究[D]. 吴小双.哈尔滨工业大学 2016
[2]面心立方多晶体塑性变形有限元模拟[D]. 伊兴华.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3017985
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3017985.html
