本文關(guān)鍵詞：多晶體材料加工的細觀塑性有限元模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：一般工程中,基于統(tǒng)計意義下連續(xù)、均勻和各向同性的假設(shè)是對多晶體材料進行力學(xué)分析的前提。這種假設(shè)一般由宏觀材料實驗所建立,通常情況下能滿足工程的強度設(shè)計和應(yīng)用的需要。然而,當(dāng)涉及到材料的大變形塑性變形、疲勞損傷與破壞等與材料的細觀或微觀機理相關(guān)的問題時,細觀尺度下考慮塑性變形各向異性的細觀塑性分析理論的引入可以讓人們更好的認識多晶材料的細觀塑性變形行為對材料加工過程和產(chǎn)品質(zhì)量的影響。因而,具有實際的工程和理論意義。 本文對細觀尺度下多晶材料的各向異性大變形塑性變形有限元分析進行了探索性的研究。論文的主要工作和結(jié)果如下： (1)在對已發(fā)表的晶體塑性本構(gòu)關(guān)系及其數(shù)值化原理進行研究的基礎(chǔ)上,用FORTRAN語言編寫了ABAQUS用戶自定義材料子程序(STAND ARD/UMAT),并對其進行調(diào)試和應(yīng)用于多晶體材料拉伸與軋制的有限元分析。模擬結(jié)果表明,該晶體塑性本構(gòu)模型可以有效地描述多晶體材料變形的各向異性行為； (2)基于Voronoi圖的幾何原理,采用Matlab與Python進行了混合編程的二次開發(fā),在ABAQUS平臺上實現(xiàn)了二維和三維的多晶體材料的精確和近似簡化模型的CAD。與實驗結(jié)果比較表明,Voronoi多晶模型能較好的描述多晶體的整體外形及內(nèi)部晶粒的形狀,因而是建立多晶模型的有效方法； (3)通過對多晶模型的拉伸有限元模擬比較了多晶體精確與簡化模型各自的優(yōu)缺點,并探討了晶粒數(shù)量和網(wǎng)格劃分對模擬精度的影響。結(jié)果表明,精確模型在描述力方面有一定優(yōu)勢,而簡化模型的計算開銷小。在模擬精度方面,采用包含100個左右晶粒的多晶體模型,其中每個晶粒由100-200個單元組成,可以比較準(zhǔn)確的描述多晶體內(nèi)各晶粒的復(fù)雜變形； (4)基于多晶體精確模型對不同初始取向的多晶純銅試樣進行軋制模擬,研究了多晶純銅軋制后內(nèi)部晶粒的變化規(guī)律。結(jié)果表明,純銅多晶體內(nèi)部晶粒的初始取向與分布對軋制變形過程演變有重要影響；軋制后,在晶粒邊界處應(yīng)力、應(yīng)變有急劇變化。在軋制過程中多晶體內(nèi)部的晶粒邊界處較易進入塑性,并由于塑性變形的不均勻性造成晶粒的旋轉(zhuǎn),這與試驗結(jié)果相符。模擬結(jié)果給出了軋制過程中材料內(nèi)部變形的演化過程,可為實際金屬材料塑性加工工藝的分析和改進提供參考。
【關(guān)鍵詞】：Voronoi多晶體 各向異性 晶體塑性有限元 二次開發(fā) 細觀尺度
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TG113.253
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 塑性變形及其有限元模擬11-17
• 1.2.1 塑性變形研究的空間尺度11-12
• 1.2.2 有限元法發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.2.3 晶體塑性理論的發(fā)展13-15
• 1.2.4 晶體塑性有限元研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 本文的研究內(nèi)容與工作17-19
• 第二章 晶體塑性理論及其在ABAQUS中的實現(xiàn)19-34
• 2.1 晶體學(xué)基礎(chǔ)19-22
• 2.1.1 晶體結(jié)構(gòu)與空間點陣19-20
• 2.1.2 晶向與晶面的表示20-21
• 2.1.3 晶體取向的定義及表達方法21-22
• 2.2 晶體塑性變形本質(zhì)22-25
• 2.2.1 單晶體的塑性變形22-23
• 2.2.2 多晶體的塑性變形23-25
• 2.3 晶體塑性力學(xué)本構(gòu)理論25-30
• 2.3.1 運動學(xué)方程25-27
• 2.3.2 本構(gòu)方程27-30
• 2.4 晶體塑性本構(gòu)理論在ABAQUS中的實現(xiàn)30-33
• 2.4.1 ABAQUS/UMAT用戶材料子程序接口30-31
• 2.4.2 率相關(guān)晶體塑性本構(gòu)模型的數(shù)值求解31-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第三章 基于Voronoi圖的多晶體材料細觀有限元建模34-51
• 3.1 Voronoi圖基本原理35-36
• 3.2 Python語言簡介36
• 3.3 ABAQUS的二次開發(fā)接口36-37
• 3.4 多晶體細觀精確有限元模型建模37-44
• 3.4.1 二維精確有限元模型的建立38-40
• 3.4.2 三維精確有限元模型的建立40-44
• 3.5 多晶體細觀簡化有限元模型建模44-46
• 3.6 ABAQUS中基于Python腳本的自動前處理46-49
• 3.6.1 隨機材料取向的賦予46
• 3.6.2 邊界條件和載荷的加載46-49
• 3.7 相似多晶體精確模型與簡化模型的建立49-50
• 3.8 本章小結(jié)50-51
• 第四章 影響模擬精度的主要因素分析51-63
• 4.1 多晶體精確與簡化有限元模型對比分析51-56
• 4.2 晶粒數(shù)目的影響56-59
• 4.3 網(wǎng)格疏密的影響59-62
• 4.4 本章小結(jié)62-63
• 第五章 多晶體軋制有限元模擬63-73
• 5.1 二維多晶體模型軋制有限元模擬63-67
• 5.2 三維多晶體模型軋制有限元模擬67-72
• 5.3 本章小結(jié)72-73
• 第六章 結(jié)論與展望73-75
• 6.1 結(jié)論73
• 6.2 展望73-75
• 致謝75-76
• 參考文獻76-80
• 附錄 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文80-82

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張豐果;董湘懷;;微塑性成形模擬材料細觀建模[J];模具技術(shù);2011年03期

  本文關(guān)鍵詞：多晶體材料加工的細觀塑性有限元模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：258908