铝镁合金中动态应变时效的数值模拟

发布时间：2020-06-23 10:23

【摘要】：铝镁合金因其较低的生产成本和优异的材料性能在生活中得到了广泛的使用。日常的交通工具、电子设备以及许多建筑中都可以见到它们的身影。和其他大部分合金材料一样,铝镁合金在发生塑性屈服时也会出现应力抖动以及应变局域化现象。通常称这种不规则屈服现象为动态应变时效效应,其本质是溶质原子与位错相互作用的结果。如果加工过程出现动态应变时效则有可能导致成型困难,或者成型材料残余应变、光滑度等达不到生产要求。使用时出现动态应变时效则会带来一定的安全隐患。因此研究清楚铝镁合金动态应变时效特征十分必要。生活方式随科技进步不断改变,新的应用场景对铝镁合金性能提出了更高的要求。优化传统铝镁合金的同时也需要研发新型的铝镁合金才能满足使用要求。这对铝镁合金材料动态应变时效的研究提出了更多的挑战。虽然已经有大量研究成果,但是高效、准确分析新的使用环境下新旧型铝镁合金动态应变时效响应特征仍然任重道远。本文就采用数值模拟的方法,模拟了铝镁合金动态应变时效宏观现象和微观机制,对预测铝镁合金动态应变时效特征提供了一定的指导意义。本文主要研究内容如下:(1)用有限元法实现了铝镁合金动态应变时效现象。基于一种连续介质本构模型,借助Abaqus用户子程序UMAT模拟不同应变率以及不同厚度时铝镁合金板的动态应变时效响应。(2)分析了有限元模拟时发生动态应变时效时临界条件。结果表明主要与应力率和时间增量步有关。(3)采用分子动力学分析镁原子团和孪晶等对铝镁合金动态应变时效的影响。结果表明镁原子团对刃位错的钉扎会增强动态应变时效响应,而孪晶对动态应变时效的影响则取决于其晶向。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.21;TG156.92
【图文】：

锯齿类型,应力,应变带,屈服区

图 1-1 应力锯齿类型两种分类[19]态应变时效空间特性主要通过实验观测应变带变化。通常有两种类型带，Luders front 变形带和 PLC 变形带。在拉伸试件中 Luders front 变屈服区和未屈服区之间，它通常在板的一端产生然后以常速率传播到LC 应变带则为一系列板端产生的剪切应变带[17]。实验技术不断优化，究也越来越精准、深入。1987 年 Chihab 直接观察式样表面不光滑变形[23]

示意图,厚板,加载,模型

参数μR11CR R22R取值 70000 0.31 8.8 1385.8 219.3 15.9参数S(MPa)0p (1/s) H dt 取值 2.23 1.0E-8 27.9 1.0E-4 0.02 0.336本文有限元模拟分两个部分。第一部分研究 20×8×100 3的板在不同应变率拉伸时的动态应变时效特征。第二部分分析不同厚度板在同一应变率拉伸时的动态应变时效特征。所有的模型均采用八节点线性单元，单元大小为 1×1×1 3，用高斯全积分对节点进行求解。在板的顶端及底端沿 y 方向施加常应变率进行加载，同时约束板的顶端以及底端 x 和 z 方向位移。如图(2-1)所示。自动增量时间步控制在0.0001-0.05 s 之间，子程序迭代误差控制为106。每 5 或 10(时间增量步小时取 10，增量步大时取 5)步输出整体模型计算结果。表（2-2）给出全部模型及加载求解设置情况。

【参考文献】