【摘要】：細(xì)觀尺度下幾乎所有材料均會(huì)呈現(xiàn)出一定程度的非均勻性質(zhì),且有研究已表明材料細(xì)觀上的非均質(zhì)特性對(duì)其宏觀力學(xué)性質(zhì)有著決定性的影響,因此,材料宏細(xì)觀尺度之間的力學(xué)性質(zhì)關(guān)系的研究已成為近些年來非均質(zhì)材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本文以體心立方鐵素體鋼DC04為研究對(duì)象,通過建立合理的多晶體幾何模型和材料模型,基于有限元法、晶體塑性理論和多尺度均化理論對(duì)DC04鋼在不同載荷作用下產(chǎn)生的有限變形進(jìn)行了模擬,并對(duì)其宏觀有效的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了隨機(jī)數(shù)值均化模擬和分析。論文的主要工作如下:首先,由于本文將采用具有完善均化分析模塊的FEAP(Finite Element Analysis Program)軟件對(duì)多晶金屬材料的均化問題進(jìn)行模擬分析。故首先在掌握FEAP程序的總體結(jié)構(gòu)和開發(fā)方法的前提下,基于晶體塑性理論和標(biāo)準(zhǔn)接口程序UMATIn、UMATLn,采用Fortran語言完成剪切滑移變形機(jī)制為主的晶體彈塑性模型用戶子程序的開發(fā)工作;此外,基于Voronoi拓?fù)湓?采用Matlab、Ansys APDL、Python語言進(jìn)行混合編程,分別構(gòu)建了精確和簡化的兩種多晶體幾何模型,為完成多晶體金屬材料均化分析奠定了模型基礎(chǔ)。其次,對(duì)所建兩種多晶體幾何模型進(jìn)行了力學(xué)模擬測試并比較兩種幾何模型的測試結(jié)果,結(jié)果表明:兩種多晶體幾何模型所獲得的可反映多晶體材料力學(xué)性質(zhì)的結(jié)果相似,且簡化多晶體幾何模型具有有限元計(jì)算穩(wěn)定性高和收斂性好的特點(diǎn),因此選擇簡化多晶體幾何模型作為后續(xù)均化研究的材料幾何模型;之后,從網(wǎng)格尺寸、晶粒平均尺寸、晶粒取向三方面對(duì)簡化多晶幾何模型進(jìn)行了進(jìn)一步的驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果表明:網(wǎng)格尺寸對(duì)結(jié)果的影響較小,晶粒平均尺寸和晶粒取向?qū)Χ嗑w力學(xué)性質(zhì)影響較大,該結(jié)論也為后續(xù)均化工作確定表征體積單元(RVE:Representative Volume Element)的尺寸確定提供了計(jì)算依據(jù)。最后,采用多尺度均化理論和適當(dāng)?shù)氖諗颗袚?jù),對(duì)多組隨機(jī)微觀結(jié)構(gòu)多晶體模型進(jìn)行了均化測試,并對(duì)其均化應(yīng)力張量主要分量的斂散性進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)計(jì)算并確定出合適的RVE模型;之后,考慮材料參數(shù)具有隨機(jī)性和相關(guān)性的情況下,將載荷轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)載荷形式的位移梯度并按照均勻位移邊界條件施加在RVE模型上,通過最小二乘擬合算法基于各子樣本的均化應(yīng)力計(jì)算獲得子樣本對(duì)應(yīng)有效材料模型(Von-Mises模型和Hill模型)的有效材料參數(shù)集,并統(tǒng)計(jì)分析不同相關(guān)系數(shù)下每一種有效材料參數(shù)的數(shù)字特征值與輸入材料參數(shù)隨機(jī)性和相關(guān)性之間的關(guān)系;最后,在采用單軸拉伸、簡單剪切、三向剪切三種載荷類型時(shí),將對(duì)應(yīng)的有效材料參數(shù)代入有效材料模型進(jìn)行均化計(jì)算,將獲得的均化力學(xué)響應(yīng)與RVE模型均化力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比分析,綜上結(jié)果表明:給定有效材料模型情況下,其有效材料參數(shù)集的變化不僅與選取的測試載荷類型有關(guān),而且與微觀材料參數(shù)的隨機(jī)不確定性有關(guān)。
【圖文】：

第一章 緒 論以歸結(jié)為常見的三種結(jié)構(gòu)即 FCC 晶體結(jié)構(gòu)、BCC 晶體結(jié)構(gòu)和 HCP 晶體結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1.3 所示。對(duì)于 FCC 晶體結(jié)構(gòu)，其晶格邊長相同，晶格角度均為 90 度，如圖 1.3(a)所示，其晶體結(jié)構(gòu)的空間占有率為 74%，該模型常見的材料有金、銀、銅、鋁等；圖 1.3(b)給出了 BCC 晶體結(jié)構(gòu)，它同 FCC 結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)相同，但由于其原子分布位置的差異導(dǎo)致其晶體結(jié)構(gòu)空間占有率略低于 FCC 晶體結(jié)構(gòu)僅為 68%，通過這種方式結(jié)晶的金屬有 α 鐵、鎢等；圖 1.3(c)為 HCP 晶體結(jié)構(gòu)，其上下基面為正六邊形，基面之間的距離并不固定，其晶體結(jié)構(gòu)空間占有率為 74%，通過 HCP 結(jié)晶而成的金屬主要有鋅、鎘、鎂等。

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文1.1.2 晶體塑性理論的研究現(xiàn)狀當(dāng)金屬材料受到外載荷發(fā)生塑性變形時(shí)，從微觀層面上解釋為原子在特定平面上發(fā)生了滑移或?qū)\生導(dǎo)致晶粒位置錯(cuò)動(dòng)，進(jìn)而形成不可逆的塑性變形；滑移和孿生的發(fā)生與其加載方式和載荷大小無關(guān)，而與材料本身有關(guān)，是材料的一種固有屬性。滑移是指當(dāng)材料承受的應(yīng)力超過材料的彈性極限時(shí)，，晶體的某一部分在剪切應(yīng)力的作用下沿一定的平面和方向相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)的現(xiàn)象，如圖 1.4（左）所示，這也是大多數(shù)金屬材料塑性變形主要方式。孿生是指晶體特定晶面的原子（孿晶面）沿一定的方向（孿生方向）協(xié)同位移的結(jié)果，但是不同層的原子移動(dòng)的距離也不同，是除滑移外的另外一種晶體塑性變形機(jī)制，多發(fā)生在滑移系較少或滑移受阻的情況下，其變形過程如圖 1.4（右）所示，從圖中可以看出孿晶與未變形的基體間以孿晶面為對(duì)稱面成鏡面對(duì)稱關(guān)系，孿生變形多發(fā)生在滑移系較少的鈦合金和鎂合金等合金金屬的塑性變形。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TG142.23

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 牛冠毅;王新征;陳劍杰;藺昕;;硬巖介質(zhì)中洞室滲水的隨機(jī)數(shù)值模擬[J];地下空間與工程學(xué)報(bào);2012年04期

2 吳安洪;胡維康;;在PPT中巧用VBA進(jìn)行考題的抽簽[J];中學(xué)時(shí)代;2013年21期

3 李少龍;楊金忠;蔡樹英;;多孔介質(zhì)水分運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)數(shù)值分析[J];灌溉排水學(xué)報(bào);2006年02期

4 李洪河;對(duì)生料均化效果的探討[J];四川水泥;1999年06期

5 許嬌;郭鴻;高斌;;雙向節(jié)理巖石邊坡穩(wěn)定性的隨機(jī)數(shù)值分析[J];山西建筑;2015年18期

6 曹祖德,孔令雙,李蓓,李孟國;海岸河口水動(dòng)力數(shù)值模擬的研究方向[J];中國港灣建設(shè);2002年04期

7 余宙文,蔣德才,張大錯(cuò);聯(lián)合海浪過程的隨機(jī)數(shù)值模擬[J];山東海洋學(xué)院學(xué)報(bào);1978年01期

8 孔旭光;劉俊卿;曹彩芹;;彈性半空間地基板的隨機(jī)數(shù)值分析[J];四川建筑科學(xué)研究;2011年03期

9 王裕介;系統(tǒng)工程概論(二)[J];建井技術(shù);1986年03期

10 馬強(qiáng);表達(dá)式應(yīng)用三例[J];電視字幕(特技與動(dòng)畫);2005年02期

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 朱勤章 記者 馬梁木;334戶低收入家庭獲新居[N];雞西日?qǐng)?bào);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 薛寒冰;有限變形下三維多晶金屬彈塑性的隨機(jī)數(shù)值均化分析[D];西安電子科技大學(xué);2019年

2 張明霞;概率理論與隨機(jī)數(shù)值模擬方法在海岸泥沙淤積預(yù)測中的應(yīng)用[D];中國海洋大學(xué);2004年

本文編號(hào)：2650282