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有限变形下三维多晶金属建模及数值模拟分析

发布时间:2021-07-26 20:58
  金属材料通过结晶形成,其在诸多工程领域中发挥着不可替代的作用。由于复杂结晶方式导致不同晶核控制生成的晶体有一定差异,故又称为多晶材料。多晶材料的复杂结晶方式也使其在微观尺度上呈现出较强的几何不规则性和复杂的变形机制,进而使得其宏观力学响应受到诸多因素如结晶几何形状、晶格方向和滑移系统等的影响。本文针对汽车制造业中应用最广泛的铁素体钢,对其多晶微观结构进行了几何建模和材料建模,并采用有限元方法对该微观结构在有限变形下的力学响应进行了模拟和分析。论文的主要工作如下:首先,考虑到基于本文工作将要在后续开展的多晶金属材料的均化研究,本文采用具备完善均化模块的FEAP对材料进行了有限元模拟和分析。通过FEAP的集成和开发方法,实现了St.Venant Kirchhoff晶体模型和晶体弹塑性模型用户子程序的二次开发和基于FEAP有限元分析平台的集成与创建,进一步构建出表征立方晶系和剪切滑移变形机制的材料响应模型。此外,还实现了基于FEAP的ParaView可视化文件输出的二次开发,解决了后处理操作时的堆栈溢出问题。其次,为了准确的构建出金属材料的多晶微观结构几何模型,本文先基于Voronoi图拓扑... 

【文章来源】:西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】:94 页

【学位级别】:硕士

【部分图文】:

有限变形下三维多晶金属建模及数值模拟分析


光学显微镜下的多晶铅(左)和Cu60Zn40合金(右)

晶格,单元,晶胞


第一章 绪 论形并被之后的学者 Schmid 引用,从而提出了著名的 Schmid 个通过原子周期性排列方式形成的结晶质固体,其规律且不断晶格,这种原子构成的三维点阵的周期性结构取决于材料本身具有周期性的排列方式,因此可以取一个最小的晶体单元去描单元称之为晶胞,如图 1.2(a)所示。每个晶胞都具有两个物理两个物理当量称之为晶胞的晶格常数。图 1.2(b)展示了初始状的胞元,它具有 6 个晶格常数:3 个原子间的距离常数a,b,于最一般的情况即三斜晶格,这六个常数之间各不相同。

示意图,基本单元


(a) 在晶格化合物中的晶胞 (b) 仅顶点处存在原子的胞元图 1.2 晶格单元常见的三种晶体结构即 FCC 结构、BCC 结构和 HCP 结构,这 3 种结构的示意图如图 1.3 所示。对于 FCC 结构,其晶格长度相同,晶格角度均为 90 度,如图 1.3(a)所示,原子排列在这个立方模型 8 个顶点和其 6 个面的中心上,该模型常见的材料有金、银、铜、铝等;图 1.3(b)给出了 BCC 结构的晶格模型,它同 FCC 结构的晶格常数相同,但其原子排列方式是在立方模型的 8 个顶点和体心上,通过这种方式结晶的金属有α铁、钨等。图 1.3(c)为 HCP 结构的晶格模型,其上下基面为正六边形,基面之间的距离并不是一个特定的值,对于 HCP 滑移平面的确定,这些基面间的比率是一个重要的衡量参数,通过 HCP 结晶而成的金属主要有锌、镉、镁等。

【参考文献】:
期刊论文
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[2]冷轧深冲板塑性应变比和屈服应力的理论计算及试验验证[J]. 胡成武,张浩,王镇柱,吴国民.  塑性工程学报. 2017(02)
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[7]有限弹塑性变形的三维组集式本构模型[J]. 梁乃刚,程品三.  力学学报. 1992(02)

博士论文
[1]FCC金属冷加工织构演变的晶体塑性有限元模拟[D]. 司良英.东北大学 2009

硕士论文
[1]基于晶体塑形有限元的纯铝变形行为研究[D]. 王琦.太原科技大学 2014



本文编号:3304361

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