基于细观变形特征的镁合金宏观本构模型及数值模拟

发布时间：2023-03-22 21:59

　　镁及镁合金材料作为一种轻型金属材料,对于车辆、飞机等交通工具的轻量化设计更具吸引力。由于镁合金具有六方密排晶体结构,使得其在室温下的变形能力有限。本文从镁合金细观变形机制引起宏观硬化行为各向异性的特点出发,采用试验观测,理论建模及数值模拟方法,研究了镁合金在不同加载条件下的塑性各向异性行为和织构演化规律。本文主要工作内容如下:1、为了研究镁合金的塑性行为,本文选用AZ31镁合金挤压棒材开展了单轴拉伸、单轴压缩及单轴循环试验以及金相试验,分析了不同加载方式下材料表现出的塑性行为差异。当沿着镁合金棒材的挤压方向进行单轴拉伸时,材料的应力应变曲线呈“上凸”形状,塑性硬化率先逐渐增长然后减小,最后趋于饱和;当沿着镁合金棒材的挤压方向进行单轴压缩时,材料的应力应变曲线呈“S”形,塑性硬化率首先缓慢增长,然后快速增长,最后趋于饱和;当沿着镁合金棒材的挤压方向压缩后反向拉伸时,材料的应力应变曲线也呈现出“S”形。通过观察对比未变形材料和变形后材料的显微组织发现,单轴拉伸和循环加载后材料的组织中几乎没有孪晶,单轴压缩后存在大量孪晶,表明细观变形模式的不同是造成材料宏观塑性行为差异的原因。2、为了建立能...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 镁合金变形机制
        1.2.1 滑移变形
        1.2.2 孪生变形
        1.2.3 去孪生变形
    1.3 镁合金本构模型研究进展
        1.3.1 宏观唯象模型研究进展
        1.3.2 晶体塑性模型研究进展
    1.4 本文研究内容及创新点
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 创新点
第二章 挤压态AZ31 镁合金力学试验的研究
    2.1 试验材料及方案
        2.1.1 力学试样及加载方案
        2.1.2 金相观察试验
    2.2 试验结果分析
        2.2.1 单调加载条件下的力学行为
        2.2.2 循环加载条件下的力学行为
        2.2.3 显微组织分析
    2.3 本章小节
第三章 循环加载下镁合金宏观本构关系
    3.1 弹性本构关系
    3.2 塑性本构关系
        3.2.1 屈服流动率
        3.2.2 硬化函数
    3.3 有限元算法实现
        3.3.1 本构方程的离散
        3.3.2 隐式积分算法
        3.3.3 一致切线刚度矩阵
    3.4 单轴加载数值模拟
        3.4.1 单轴拉伸和单轴压缩
            3.4.1.1 边界条件及材料参数
            3.4.1.2 模拟结果分析
        3.4.2 循环加载
            3.4.2.1 边界条件及材料参数
            3.4.2.2 模拟结果分析
        3.4.3 考虑预变形的硬化函数
    3.5 本章小结
第四章 材料织构演化的宏观描述
    4.1 晶粒取向的描述
        4.1.1 初始取向的描述
        4.1.2 孪生变形后c轴转动方向的确定
    4.2 镁合金挤压棒成形模拟
        4.2.1 挤压棒成形模拟的有限元模型边界条件和初始织构
        4.2.2 挤压棒成形模拟结果讨论
    4.3 镁合金轧制板成形模拟
        4.3.1 轧制板成形模拟的材料的边界条件和初始织构
        4.3.2 轧制板成形模拟结果讨论
    4.4 本章小结
第五章 镁合金轧制成形的模拟计算
    5.1 板材轧制有限元建模方法
        5.1.1 几何、材料模型及网格划分
        5.1.2 轧制工艺参数
    5.2 模拟结果分析
        5.2.1 不同压下量时的应力应变响应
        5.2.2 不同压下量时的织构演化
    5.3 本章小节
第六章 考虑温度相关性的镁合金宏观塑性本构
    6.1 温度相关的滑移模式硬化模型
    6.2 温度相关的孪生模式硬化模型
    6.3 温度相关的去孪生模式硬化模型
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢



本文编号：3767662