密排六方晶體結構鎂合金包含基面、柱面、錐面滑移和拉伸、壓縮、二次孿生和去孿等多種變形模式,這些變形模式與晶界、第二相等之間的交互作用復雜,因此,在介觀尺度上研究清楚這些交互作用機制對于提升和調控鎂合金的強韌性能具有重要意義。為了克服實驗研究難以動態(tài)追蹤和定量描述變形過程的缺點,本文首先基于晶體塑性模型能很好地描述位錯滑移和相場模型能很好地描述復雜微觀組織演化的優(yōu)點,嘗試建立一種適用于鎂合金多晶體彈塑性變形的晶體塑性-相場耦合全場模型,用于同時模擬密排六方晶體金屬變形中的位錯滑移、孿晶的形核和長大等過程,以及位錯、孿晶、晶界和第二相等之間的交互作用;然后基于該耦合全場模型,定量地、可視化地仿真研究不含第二相鎂單晶、雙晶和多晶體的塑性變形行為;最后仿真研究鎂合金中拉伸孿晶與第二相之間的交互作用,定量預測非剪切第二相的取向、尺寸、體積分數(shù)以及形貌(縱橫比)等對孿晶長大臨界剪切應力(critical resolved shear stress,CRSS)的影響規(guī)律;并給出耦合模型的改進方向。建立了一種適用于鎂合金多晶體彈塑性變形的晶體塑性-相場法耦合全場模型,包括描述位錯滑移的晶體塑性模型、描...

【文章頁數(shù)】：166 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
張量約定
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鎂合金塑性變形機制及研究現(xiàn)狀
        1.2.1 位錯滑移
            1.2.1.1 基面位錯滑移


            1.2.1.2 柱面
位錯滑移

            1.2.1.3 錐面位錯滑移

        1.2.2 孿生
            1.2.2.1 拉伸孿晶的形核、擴展和長大過程
            1.2.2.2 拉伸孿晶對應力場的影響
            1.2.2.3 位錯和晶界對拉伸孿晶行為的影響
        1.2.3 第二相對位錯滑移及孿生的影響研究現(xiàn)狀
            1.2.3.1 第二相對位錯滑移的影響
            1.2.3.2 第二相對孿生臨界啟動應力的影響
            1.2.3.3 第二相與孿晶之間的交互作用
            1.2.3.4 第二相增強孿生均場模型
    1.3 晶體塑性模型發(fā)展現(xiàn)狀
        1.3.1 多晶晶體塑性均場模型
        1.3.2 多晶晶體塑性全場模型
        1.3.3 晶體塑性唯象學位錯模型
        1.3.4 基于物理機制的晶體塑性位錯模型
        1.3.5 晶體塑性孿晶模型
            1.3.5.1 晶體塑性孿晶均場模型
            1.3.5.2 晶體塑性孿晶全場模型
    1.4 相場模型發(fā)展現(xiàn)狀
        1.4.1 相場方法介紹
        1.4.2 固態(tài)結構相轉變相場模型
        1.4.3 孿晶相場模型研究現(xiàn)狀
    1.5 彈塑性-相場耦合模型發(fā)展現(xiàn)狀
        1.5.1 宏觀塑性-相場耦合模型研究現(xiàn)狀
        1.5.2 晶體塑性-相場耦合模型研究現(xiàn)狀
    1.6 研究目的和內容
    參考文獻
第二章 鎂晶體塑性-相場法耦合全場模型的建立
    2.1 引言
    2.2 鎂晶體塑性-相場法耦合全場模型的構架
    2.3 有限變形幾何學與運動學
        2.3.1 構形
        2.3.2 變形梯度與變形度量
        2.3.3 變形梯度極分解
        2.3.4 速度梯度張量
        2.3.5 應力度量
    2.4 熱力學基礎
    2.5 基于位錯密度的晶體塑性模型研究
        2.5.1 晶體塑性模型中的運動學關系
        2.5.2 晶體取向
        2.5.3 彈性本構模型
        2.5.4 流動法則
        2.5.5 位錯密度演化模型
        2.5.6 應力及內變量積分求解
        2.5.7 材料點Jocabian剛度矩陣計算
    2.6 孿晶相場模型研究
        2.6.1 晶體能
        2.6.2 界面能
        2.6.3 彈性應變能
        2.6.4 孿生動力學公式
    2.7 孿晶形核模型研究
    2.8 耦合全場模型的數(shù)值求解
        2.8.1 耦合全場模型中子模型之間的耦合關系
        2.8.2 耦合全場模型的有限元求解算法
    2.9 小結
    參考文獻
第三章 不含第二相鎂合金的塑性變形行為仿真研究
    3.1 引言
    3.2 鎂單晶變形行為研究
        3.2.1 鎂單晶體模型建立
        3.2.2 鎂單晶塑性變形的宏觀力學響應與實驗驗證
        3.2.3 鎂單晶中孿晶的形貌演化過程
        3.2.4 鎂單晶中孿生行為對應力場和位錯塑性的影響
    3.3 鎂雙晶體變形行為研究
        3.3.1 鎂雙晶體模型建立
        3.3.2 晶間取向差和位錯滑移對“孿生對”行為的影響
        3.3.3 應變協(xié)調對“孿生對”行為的影響
        3.3.4 模擬與文獻實驗結果對比分析
    3.4 鎂多晶體變形行為研究
        3.4.1 鎂多晶體模型建立
        3.4.2 鎂多晶體微觀組織對塑性變形機制的影響
        3.4.3 模擬與實驗驗證
    3.5 小結
    參考文獻
第四章 含第二相鎂合金的塑性變形行為仿真研究
    4.1 引言
    4.2 模型的材料參數(shù)
    4.3 片狀第二相與拉伸孿晶的交互作用研究
        4.3.1 幾何模型
        4.3.2 宏觀力學響應
        4.3.3 基面片狀第二相與孿晶交互作用機制
        4.3.4 模擬與實驗驗證
        4.3.5 柱面片狀第二相與孿晶交互作用機制
    4.4 第二相慣習面對孿晶長大的影響研究
        4.4.1 幾何模型
        4.4.2 宏觀力學響應
        4.4.3 第二相與孿晶交互作用機制
    4.5 第二相體積分數(shù)對孿晶長大的影響研究
        4.5.1 幾何模型
        4.5.2 第二相與孿晶交互作用機制
        4.5.3 宏觀力學響應
    4.6 第二相尺寸對孿晶長大的影響研究
        4.6.1 幾何模型
        4.6.2 第二相與孿晶交互作用機制
        4.6.3 宏觀力學響應
    4.7 第二相縱橫比對孿晶長大的影響研究
        4.7.1 幾何模型
        4.7.2 第二相與孿晶交互作用機制
        4.7.3 宏觀力學響應
    4.8 討論
    4.9 小結
    參考文獻
第五章 結論與創(chuàng)新點
    5.1 結論
    5.2 創(chuàng)新點
展望
致謝
攻讀博士學位期間發(fā)表的研究成果及所獲獎勵



本文編號：3834405

boshi