發(fā)布時(shí)間：2023-02-14 08:22

　　提升先進(jìn)材料的加工與服役性能對發(fā)展汽車工業(yè)與航空航天事業(yè)有著重要的作用。在汽車工業(yè)中,鋁合金與高強(qiáng)鋼因?yàn)槠鋬?yōu)質(zhì)的比強(qiáng)度而被廣泛使用。用于加工制造鋁合金和高強(qiáng)鋼的溫成型技術(shù)與熱沖壓技術(shù),可顯著增加汽車結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度并減少回彈效應(yīng)。在航空工業(yè)中,鈦合金因?yàn)槠涓弑葟?qiáng)度、低密度、優(yōu)質(zhì)的抗低溫和抗高溫以及防腐蝕性能,近年來被廣泛用于制造超音速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。針對結(jié)構(gòu)件的不同性能需求,探究材料微觀結(jié)構(gòu)對于結(jié)構(gòu)性能的影響,是汽車工業(yè)與航天航空事業(yè)發(fā)展的重要組成部分。在材料制造成型和載荷服役的過程中,微觀結(jié)構(gòu)是增強(qiáng)材料性能的關(guān)鍵。然而當(dāng)前的顯微技術(shù)并不足以捕捉材料在高溫時(shí)或不同載荷條件下的內(nèi)部實(shí)時(shí)力學(xué)響應(yīng)和微觀結(jié)構(gòu)的改變。近年來,許多學(xué)者采用晶體塑性有限元在晶體學(xué)尺度中預(yù)測材料的微觀結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)響應(yīng)。本文提出了一個(gè)新型的基于物理學(xué)基礎(chǔ)的晶體塑性模型,并將該模型與位錯(cuò)密度、溫度場和損傷機(jī)制相耦合,模擬了鋁合金與高強(qiáng)鋼在不同載荷條件下的力學(xué)響應(yīng)。為了得到鈦合金結(jié)構(gòu)件的響應(yīng),該晶體塑性模型又與多尺度算法相結(jié)合,模擬并預(yù)測了材料在微觀尺度與宏觀尺度下的裂紋萌生位置。本文的主要工作包括:1.采用熱激活原理提出了在單...

【文章頁數(shù)】：151 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號表
運(yùn)算符號表
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 晶體塑性有限元方法介紹
        1.2.1 晶體塑性有限元的起源
        1.2.2 晶體塑性的發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.3 多場耦合晶體塑性的發(fā)展
    1.3 多尺度方法介紹
        1.3.1 多尺度模擬的實(shí)際需求
        1.3.2 材料多尺度計(jì)算的發(fā)展
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
2 熱/力/損傷耦合晶體塑性理論
    2.1 晶體學(xué)基礎(chǔ)取向表示法
        2.1.1 歐拉角定義
        2.1.2 多晶極圖定義
    2.2 晶體變形運(yùn)動(dòng)學(xué)模型
        2.2.1 小變形模型
        2.2.2 有限變形模型
        2.2.3 基于溫度梯度的有限變形模型
        2.2.4 其它有限變形模型
    2.3 晶體塑性動(dòng)力學(xué)模型
        2.3.1 唯象學(xué)模型
        2.3.2 基于熱激活原理模型
        2.3.3 熱耦合損傷模型
    2.4 強(qiáng)化模型
        2.4.1 唯象學(xué)強(qiáng)化模型
        2.4.2 基于熱與位錯(cuò)密度的強(qiáng)化模型
    2.5 單晶的晶體塑性本構(gòu)求解
        2.5.1 小變形框架應(yīng)力更新
        2.5.2 有限變形下基于應(yīng)變率的顯式求解
        2.5.3 有限變形下基于應(yīng)力的隱式求解
    2.6 本章小結(jié)
3 考慮晶體尺度的多尺度方法
    3.1 結(jié)合晶體塑性的均勻化方法
        3.1.1 早期均勻化方法
        3.1.2 自洽均勻化方法
        3.1.3 有限元多尺度方法
    3.2 基于特征變形的降階均勻化方法
        3.2.1 小變形框架下的漸進(jìn)展開方法
        3.2.2 影響函數(shù)與系數(shù)張量有限元求解
        3.2.3 降階均勻化的離散劃分
    3.3 本章小結(jié)
4 鋁合金熱變形拉伸模擬
    4.1 有限變形框架下的晶體塑性模型
    4.2 熱力拉伸實(shí)驗(yàn)介紹
    4.3 塑性參數(shù)獲取
        4.3.1 6061鋁合金塑性參數(shù)獲取
        4.3.2 單元類型驗(yàn)證
    4.4 模擬分析
        4.4.1 5052鋁合金拉伸實(shí)驗(yàn)?zāi)M
        4.4.2 7075鋁合金參數(shù)識(shí)別
    4.5 結(jié)果討論
        4.5.1 網(wǎng)格尺寸影響
        4.5.2 微觀結(jié)構(gòu)對損傷的影響
    4.6 本章小結(jié)
5 高強(qiáng)鋼熱力響應(yīng)模擬
    5.1 熱力拉伸與剪切實(shí)驗(yàn)
    5.2 模擬分析
    5.3 結(jié)果討論
    5.4 本章小結(jié)
6 鈦合金高溫服役性能模擬
    6.1 小變形框架下的晶體塑性模型及多尺度算法
    6.2 鈦合金初始微觀結(jié)構(gòu)
    6.3 實(shí)驗(yàn)探測疲勞裂紋萌生與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性
    6.4 模擬分析裂紋萌生變量
    6.5 模擬結(jié)果討論
    6.6 結(jié)構(gòu)尺度模擬
    6.7 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新點(diǎn)摘要
    7.3 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間科研項(xiàng)目及科研成果
致謝
作者簡介



本文編號：3742273