2205双相钢力学性能的跨尺度数值模拟方法研究
发布时间：2020-12-23 15:23
双相不锈钢因其具有奥氏体和铁素体两相结构,在材料加工过程中可以兼顾两相的优点,是一种高性能,具有广阔发展前景的金属材料。但却又因为两相性能和结构的差异性,造成两相在变形过程中应力、应变分配不均匀,变形协调性差等问题,最终导致材料在加工过程中内部出现裂纹等缺陷。因此怎样准确的获得双相材料各组元相的力学性能,从而探索双相材料在变形过程中各相之间的变形协调性和宏微观间的变形关系尤为重要。目前探索研究双相材料变形协调性问题大多依赖于有限元数值模拟技术,但由于细观代表体元模型的构建相当困难,想要通过细观尺度反映宏观力学性能又存在两模型尺寸相差巨大的问题,因此本文利用Neper软件和Python脚本文件,结合2205双相不锈钢的金相组织照片和两相比例,建立了2205双相不锈钢的3D代表体元模型。通过纳米压痕试验确定了2205双相不锈钢的微观组织力学性能。系统性分析了如何通过纳米压痕测试系统反推材料微观组织力学性能的过程,对2205双相不锈钢的纳米压痕实验结果曲线进行拟合处理,结合反推流程,推算出了2205双相不锈钢奥氏体相和铁素体相的力学性能参数。以轧态2205双相不锈钢为模拟材料,模拟了室温条件...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二维Voronoi方法原理图
第2章2205双相不锈钢代表体元模型构建-13-2.3Voronoi代表性体积元的构建Voronoi结构的代表体元模型相较于其他的建模方法可行性更高、适用性更广泛、更贴近实际晶粒形态，具有更强的代表性。那么如何生成理想的二维或三维Voronoi图就成了研究的焦点问题。本节分别使用了目前最为常用的两种路线生成Voronoi结构。即分别使用Matlab软件和多晶体结构生成软件Neper，构建Voronoi结构的代表体元模型。通过对两种建模路线的摸索和对比，总结出两种建模路线的优缺点。2.3.1Matlab构建代表体元模型首先我们采用Matlab软件来构建代表体元模型。以二维空间为例，建模的技术路线为：首先在二维空间中建立一个边长为L的矩形，将其划分成n×n个相同小矩形，然后给定一个扰动值a，在每个矩形内部设置发生元；然后在Matlab软件中，利用它自带的MPT工具箱，根据提示输入生成的参数指令，然后进一步生成二维Voronoi图的边界。图2-2Matlab生成不同扰动值的二维代表体元模型图2-2是我们按照以上技术路线，使用MPT工具箱生成的不同扰动值的Voronoi几何模型；接着对所生成的Voronoi图进行信息处理，编写了Matlab的输出程序，
燕山大学工学硕士学位论文-14-按照点线面的顺序依次提取上一步中所生成的Voronoi图的几何数据，以数组的形式将信息保存在Matlab变量中；然后将这些几何信息存到一个txt文件中，方便后续的操作；最后编写Python脚本文件，在Abaqus中读入txt文件中的几何信息，完成建模过程。以上步骤完成了从Matlab生成Voronoi模型，然后将模型信息导入Abaqus软件进行计算的过程。在Matlab里生成二维代表体元模型的具体流程如下图2-3所示。图2-3Matlab中二维代表体元模型建立的流程图但是导入到Abaqus软件中的仅仅是几何模型文件，众所周知，Abaqus的模拟分析功能十分强大，但是它的前处理功能十分有限，尤其是在对几何结构复杂的代表体元模型进行网格划分时经常出现问题。由于本文需要构建的代表体元模型的晶粒数量庞大，几何结构相当复杂，这就导致我们在按照以上技术路线进行建模过程时，经常遇到在各个晶粒相连的界面上网格节点不能对应，甚至有些晶粒不能进行网格划分的问题。最后导致无法完成后续的分析计算。在尝试了多次建模过程后，我们总结出来的经验为：若模型中包含晶粒数量较少时，该建模路线还是具有可行性的，若要构建三维代表体元模型并且在晶粒数量较多的情况下进行网格划分时，该方法不能够保证划分网格的质量和成功率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]固溶处理对节镍型2101双相不锈钢组织及力学性能的影响[J]. 徐海健,沙孝春,康超,胡万卿,王文仲,李凡. 材料热处理学报. 2020(02)
[2]固溶温度对节约型2304双相不锈钢的组织及性能的影响[J]. 卢金珠,向红亮,张伟,詹土生,邓丽萍. 金属热处理. 2019(12)
[3]节约型双相不锈钢TRIP效应致塑性增量及其固溶温度依赖性[J]. 陈雷,郝硕,梅瑞雪,贾伟,李文权,郭宝峰. 金属学报. 2019(11)
[4]纳米压痕方法测量超薄钛薄膜弹性模量的研究[J]. 赵波慧,刘燕萍,张跃飞,吕俊霞. 热加工工艺. 2019(16)
[5]固溶温度对节约型双相不锈钢组织及性能的影响[J]. 向红亮,刘春育,邓丽萍,张伟,任建斌. 材料导报. 2019(16)
[6]Python turtle的多学科创意编程[J]. 陈斌,陈天翔. 中国科技教育. 2019(06)
[7]316LN混晶组织微区塑性变形全场晶体塑性模拟研究[J]. 李子洋,章海明,刘娟,崔振山. 塑性工程学报. 2018(06)
[8]固溶处理对双相不锈钢组织与性能的影响[J]. 王小勇,黄乐庆,王海宝,马长文,罗家明. 金属热处理. 2018(05)
[9]双相材料微观变形行为研究综述[J]. 陈国兴,彭艳,刘才溢,邢鹏达. 稀有金属材料与工程. 2018(01)
[10]子模型在高层建筑薄弱部位分析中的适应性研究[J]. 何玉明,龙渝川. 工程建设. 2017(10)
博士论文
[1]高氮奥氏体钢变形行为研究[D]. 彭梦都.钢铁研究总院 2018
[2]纳米压痕法表征金属薄膜材料的力学性能[D]. 马增胜.湘潭大学 2011
[3]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]节约型双相不锈钢形变诱导塑性行为机理的研究[D]. 张英杰.燕山大学 2017
[2]基于晶体塑性理论的板带材粗糙度研究[D]. 张晓坤.燕山大学 2016
[3]双相不锈钢热变形本构模型与组成相变形协调性研究[D]. 毛天桥.燕山大学 2016
[4]多晶体材料加工的细观塑性有限元模拟[D]. 汪凯.昆明理工大学 2013
[5]纳米压痕试验方法研究[D]. 王春亮.机械科学研究总院 2007
[6]KDP晶体压痕试验及有限元仿真[D]. 陈维锋.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：2933935
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二维Voronoi方法原理图
第2章2205双相不锈钢代表体元模型构建-13-2.3Voronoi代表性体积元的构建Voronoi结构的代表体元模型相较于其他的建模方法可行性更高、适用性更广泛、更贴近实际晶粒形态，具有更强的代表性。那么如何生成理想的二维或三维Voronoi图就成了研究的焦点问题。本节分别使用了目前最为常用的两种路线生成Voronoi结构。即分别使用Matlab软件和多晶体结构生成软件Neper，构建Voronoi结构的代表体元模型。通过对两种建模路线的摸索和对比，总结出两种建模路线的优缺点。2.3.1Matlab构建代表体元模型首先我们采用Matlab软件来构建代表体元模型。以二维空间为例，建模的技术路线为：首先在二维空间中建立一个边长为L的矩形，将其划分成n×n个相同小矩形，然后给定一个扰动值a，在每个矩形内部设置发生元；然后在Matlab软件中，利用它自带的MPT工具箱，根据提示输入生成的参数指令，然后进一步生成二维Voronoi图的边界。图2-2Matlab生成不同扰动值的二维代表体元模型图2-2是我们按照以上技术路线，使用MPT工具箱生成的不同扰动值的Voronoi几何模型；接着对所生成的Voronoi图进行信息处理，编写了Matlab的输出程序，
燕山大学工学硕士学位论文-14-按照点线面的顺序依次提取上一步中所生成的Voronoi图的几何数据，以数组的形式将信息保存在Matlab变量中；然后将这些几何信息存到一个txt文件中，方便后续的操作；最后编写Python脚本文件，在Abaqus中读入txt文件中的几何信息，完成建模过程。以上步骤完成了从Matlab生成Voronoi模型，然后将模型信息导入Abaqus软件进行计算的过程。在Matlab里生成二维代表体元模型的具体流程如下图2-3所示。图2-3Matlab中二维代表体元模型建立的流程图但是导入到Abaqus软件中的仅仅是几何模型文件，众所周知，Abaqus的模拟分析功能十分强大，但是它的前处理功能十分有限，尤其是在对几何结构复杂的代表体元模型进行网格划分时经常出现问题。由于本文需要构建的代表体元模型的晶粒数量庞大，几何结构相当复杂，这就导致我们在按照以上技术路线进行建模过程时，经常遇到在各个晶粒相连的界面上网格节点不能对应，甚至有些晶粒不能进行网格划分的问题。最后导致无法完成后续的分析计算。在尝试了多次建模过程后，我们总结出来的经验为：若模型中包含晶粒数量较少时，该建模路线还是具有可行性的，若要构建三维代表体元模型并且在晶粒数量较多的情况下进行网格划分时，该方法不能够保证划分网格的质量和成功率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]固溶处理对节镍型2101双相不锈钢组织及力学性能的影响[J]. 徐海健,沙孝春,康超,胡万卿,王文仲,李凡. 材料热处理学报. 2020(02)
[2]固溶温度对节约型2304双相不锈钢的组织及性能的影响[J]. 卢金珠,向红亮,张伟,詹土生,邓丽萍. 金属热处理. 2019(12)
[3]节约型双相不锈钢TRIP效应致塑性增量及其固溶温度依赖性[J]. 陈雷,郝硕,梅瑞雪,贾伟,李文权,郭宝峰. 金属学报. 2019(11)
[4]纳米压痕方法测量超薄钛薄膜弹性模量的研究[J]. 赵波慧,刘燕萍,张跃飞,吕俊霞. 热加工工艺. 2019(16)
[5]固溶温度对节约型双相不锈钢组织及性能的影响[J]. 向红亮,刘春育,邓丽萍,张伟,任建斌. 材料导报. 2019(16)
[6]Python turtle的多学科创意编程[J]. 陈斌,陈天翔. 中国科技教育. 2019(06)
[7]316LN混晶组织微区塑性变形全场晶体塑性模拟研究[J]. 李子洋,章海明,刘娟,崔振山. 塑性工程学报. 2018(06)
[8]固溶处理对双相不锈钢组织与性能的影响[J]. 王小勇,黄乐庆,王海宝,马长文,罗家明. 金属热处理. 2018(05)
[9]双相材料微观变形行为研究综述[J]. 陈国兴,彭艳,刘才溢,邢鹏达. 稀有金属材料与工程. 2018(01)
[10]子模型在高层建筑薄弱部位分析中的适应性研究[J]. 何玉明,龙渝川. 工程建设. 2017(10)
博士论文
[1]高氮奥氏体钢变形行为研究[D]. 彭梦都.钢铁研究总院 2018
[2]纳米压痕法表征金属薄膜材料的力学性能[D]. 马增胜.湘潭大学 2011
[3]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]节约型双相不锈钢形变诱导塑性行为机理的研究[D]. 张英杰.燕山大学 2017
[2]基于晶体塑性理论的板带材粗糙度研究[D]. 张晓坤.燕山大学 2016
[3]双相不锈钢热变形本构模型与组成相变形协调性研究[D]. 毛天桥.燕山大学 2016
[4]多晶体材料加工的细观塑性有限元模拟[D]. 汪凯.昆明理工大学 2013
[5]纳米压痕试验方法研究[D]. 王春亮.机械科学研究总院 2007
[6]KDP晶体压痕试验及有限元仿真[D]. 陈维锋.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：2933935
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