镁晶体塑性—相场法耦合全场模型及变形行为仿真研究
发布时间：2023-06-18 00:07
密排六方晶体结构镁合金包含基面、柱面、锥面滑移和拉伸、压缩、二次孪生和去孪等多种变形模式,这些变形模式与晶界、第二相等之间的交互作用复杂,因此,在介观尺度上研究清楚这些交互作用机制对于提升和调控镁合金的强韧性能具有重要意义。为了克服实验研究难以动态追踪和定量描述变形过程的缺点,本文首先基于晶体塑性模型能很好地描述位错滑移和相场模型能很好地描述复杂微观组织演化的优点,尝试建立一种适用于镁合金多晶体弹塑性变形的晶体塑性-相场耦合全场模型,用于同时模拟密排六方晶体金属变形中的位错滑移、孪晶的形核和长大等过程,以及位错、孪晶、晶界和第二相等之间的交互作用;然后基于该耦合全场模型,定量地、可视化地仿真研究不含第二相镁单晶、双晶和多晶体的塑性变形行为;最后仿真研究镁合金中拉伸孪晶与第二相之间的交互作用,定量预测非剪切第二相的取向、尺寸、体积分数以及形貌(纵横比)等对孪晶长大临界剪切应力(critical resolved shear stress,CRSS)的影响规律;并给出耦合模型的改进方向。建立了一种适用于镁合金多晶体弹塑性变形的晶体塑性-相场法耦合全场模型,包括描述位错滑移的晶体塑性模型、描...
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
张量约定
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 镁合金塑性变形机制及研究现状
1.2.1 位错滑移
1.2.1.1 基面位错滑移
1.2.1.2 柱面
位错滑移
1.2.1.3 锥面位错滑移
1.2.2 孪生
1.2.2.1 拉伸孪晶的形核、扩展和长大过程
1.2.2.2 拉伸孪晶对应力场的影响
1.2.2.3 位错和晶界对拉伸孪晶行为的影响
1.2.3 第二相对位错滑移及孪生的影响研究现状
1.2.3.1 第二相对位错滑移的影响
1.2.3.2 第二相对孪生临界启动应力的影响
1.2.3.3 第二相与孪晶之间的交互作用
1.2.3.4 第二相增强孪生均场模型
1.3 晶体塑性模型发展现状
1.3.1 多晶晶体塑性均场模型
1.3.2 多晶晶体塑性全场模型
1.3.3 晶体塑性唯象学位错模型
1.3.4 基于物理机制的晶体塑性位错模型
1.3.5 晶体塑性孪晶模型
1.3.5.1 晶体塑性孪晶均场模型
1.3.5.2 晶体塑性孪晶全场模型
1.4 相场模型发展现状
1.4.1 相场方法介绍
1.4.2 固态结构相转变相场模型
1.4.3 孪晶相场模型研究现状
1.5 弹塑性-相场耦合模型发展现状
1.5.1 宏观塑性-相场耦合模型研究现状
1.5.2 晶体塑性-相场耦合模型研究现状
1.6 研究目的和内容
参考文献
第二章 镁晶体塑性-相场法耦合全场模型的建立
2.1 引言
2.2 镁晶体塑性-相场法耦合全场模型的构架
2.3 有限变形几何学与运动学
2.3.1 构形
2.3.2 变形梯度与变形度量
2.3.3 变形梯度极分解
2.3.4 速度梯度张量
2.3.5 应力度量
2.4 热力学基础
2.5 基于位错密度的晶体塑性模型研究
2.5.1 晶体塑性模型中的运动学关系
2.5.2 晶体取向
2.5.3 弹性本构模型
2.5.4 流动法则
2.5.5 位错密度演化模型
2.5.6 应力及内变量积分求解
2.5.7 材料点Jocabian刚度矩阵计算
2.6 孪晶相场模型研究
2.6.1 晶体能
2.6.2 界面能
2.6.3 弹性应变能
2.6.4 孪生动力学公式
2.7 孪晶形核模型研究
2.8 耦合全场模型的数值求解
2.8.1 耦合全场模型中子模型之间的耦合关系
2.8.2 耦合全场模型的有限元求解算法
2.9 小结
参考文献
第三章 不含第二相镁合金的塑性变形行为仿真研究
3.1 引言
3.2 镁单晶变形行为研究
3.2.1 镁单晶体模型建立
3.2.2 镁单晶塑性变形的宏观力学响应与实验验证
3.2.3 镁单晶中孪晶的形貌演化过程
3.2.4 镁单晶中孪生行为对应力场和位错塑性的影响
3.3 镁双晶体变形行为研究
3.3.1 镁双晶体模型建立
3.3.2 晶间取向差和位错滑移对“孪生对”行为的影响
3.3.3 应变协调对“孪生对”行为的影响
3.3.4 模拟与文献实验结果对比分析
3.4 镁多晶体变形行为研究
3.4.1 镁多晶体模型建立
3.4.2 镁多晶体微观组织对塑性变形机制的影响
3.4.3 模拟与实验验证
3.5 小结
参考文献
第四章 含第二相镁合金的塑性变形行为仿真研究
4.1 引言
4.2 模型的材料参数
4.3 片状第二相与拉伸孪晶的交互作用研究
4.3.1 几何模型
4.3.2 宏观力学响应
4.3.3 基面片状第二相与孪晶交互作用机制
4.3.4 模拟与实验验证
4.3.5 柱面片状第二相与孪晶交互作用机制
4.4 第二相惯习面对孪晶长大的影响研究
4.4.1 几何模型
4.4.2 宏观力学响应
4.4.3 第二相与孪晶交互作用机制
4.5 第二相体积分数对孪晶长大的影响研究
4.5.1 几何模型
4.5.2 第二相与孪晶交互作用机制
4.5.3 宏观力学响应
4.6 第二相尺寸对孪晶长大的影响研究
4.6.1 几何模型
4.6.2 第二相与孪晶交互作用机制
4.6.3 宏观力学响应
4.7 第二相纵横比对孪晶长大的影响研究
4.7.1 几何模型
4.7.2 第二相与孪晶交互作用机制
4.7.3 宏观力学响应
4.8 讨论
4.9 小结
参考文献
第五章 结论与创新点
5.1 结论
5.2 创新点
展望
致谢
攻读博士学位期间发表的研究成果及所获奖励
本文编号：3834405
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
张量约定
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 镁合金塑性变形机制及研究现状
1.2.1 位错滑移
1.2.1.1 基面位错滑移
1.2.1.2 柱面
位错滑移
1.2.1.3 锥面位错滑移
1.2.2.1 拉伸孪晶的形核、扩展和长大过程
1.2.2.2 拉伸孪晶对应力场的影响
1.2.2.3 位错和晶界对拉伸孪晶行为的影响
1.2.3 第二相对位错滑移及孪生的影响研究现状
1.2.3.1 第二相对位错滑移的影响
1.2.3.2 第二相对孪生临界启动应力的影响
1.2.3.3 第二相与孪晶之间的交互作用
1.2.3.4 第二相增强孪生均场模型
1.3 晶体塑性模型发展现状
1.3.1 多晶晶体塑性均场模型
1.3.2 多晶晶体塑性全场模型
1.3.3 晶体塑性唯象学位错模型
1.3.4 基于物理机制的晶体塑性位错模型
1.3.5 晶体塑性孪晶模型
1.3.5.1 晶体塑性孪晶均场模型
1.3.5.2 晶体塑性孪晶全场模型
1.4 相场模型发展现状
1.4.1 相场方法介绍
1.4.2 固态结构相转变相场模型
1.4.3 孪晶相场模型研究现状
1.5 弹塑性-相场耦合模型发展现状
1.5.1 宏观塑性-相场耦合模型研究现状
1.5.2 晶体塑性-相场耦合模型研究现状
1.6 研究目的和内容
参考文献
第二章 镁晶体塑性-相场法耦合全场模型的建立
2.1 引言
2.2 镁晶体塑性-相场法耦合全场模型的构架
2.3 有限变形几何学与运动学
2.3.1 构形
2.3.2 变形梯度与变形度量
2.3.3 变形梯度极分解
2.3.4 速度梯度张量
2.3.5 应力度量
2.4 热力学基础
2.5 基于位错密度的晶体塑性模型研究
2.5.1 晶体塑性模型中的运动学关系
2.5.2 晶体取向
2.5.3 弹性本构模型
2.5.4 流动法则
2.5.5 位错密度演化模型
2.5.6 应力及内变量积分求解
2.5.7 材料点Jocabian刚度矩阵计算
2.6 孪晶相场模型研究
2.6.1 晶体能
2.6.2 界面能
2.6.3 弹性应变能
2.6.4 孪生动力学公式
2.7 孪晶形核模型研究
2.8 耦合全场模型的数值求解
2.8.1 耦合全场模型中子模型之间的耦合关系
2.8.2 耦合全场模型的有限元求解算法
2.9 小结
参考文献
第三章 不含第二相镁合金的塑性变形行为仿真研究
3.1 引言
3.2 镁单晶变形行为研究
3.2.1 镁单晶体模型建立
3.2.2 镁单晶塑性变形的宏观力学响应与实验验证
3.2.3 镁单晶中孪晶的形貌演化过程
3.2.4 镁单晶中孪生行为对应力场和位错塑性的影响
3.3 镁双晶体变形行为研究
3.3.1 镁双晶体模型建立
3.3.2 晶间取向差和位错滑移对“孪生对”行为的影响
3.3.3 应变协调对“孪生对”行为的影响
3.3.4 模拟与文献实验结果对比分析
3.4 镁多晶体变形行为研究
3.4.1 镁多晶体模型建立
3.4.2 镁多晶体微观组织对塑性变形机制的影响
3.4.3 模拟与实验验证
3.5 小结
参考文献
第四章 含第二相镁合金的塑性变形行为仿真研究
4.1 引言
4.2 模型的材料参数
4.3 片状第二相与拉伸孪晶的交互作用研究
4.3.1 几何模型
4.3.2 宏观力学响应
4.3.3 基面片状第二相与孪晶交互作用机制
4.3.4 模拟与实验验证
4.3.5 柱面片状第二相与孪晶交互作用机制
4.4 第二相惯习面对孪晶长大的影响研究
4.4.1 几何模型
4.4.2 宏观力学响应
4.4.3 第二相与孪晶交互作用机制
4.5 第二相体积分数对孪晶长大的影响研究
4.5.1 几何模型
4.5.2 第二相与孪晶交互作用机制
4.5.3 宏观力学响应
4.6 第二相尺寸对孪晶长大的影响研究
4.6.1 几何模型
4.6.2 第二相与孪晶交互作用机制
4.6.3 宏观力学响应
4.7 第二相纵横比对孪晶长大的影响研究
4.7.1 几何模型
4.7.2 第二相与孪晶交互作用机制
4.7.3 宏观力学响应
4.8 讨论
4.9 小结
参考文献
第五章 结论与创新点
5.1 结论
5.2 创新点
展望
致谢
攻读博士学位期间发表的研究成果及所获奖励
本文编号：3834405
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