本文關鍵詞：基于多晶塑性模型的多晶體材料大變形行為研究

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【摘要】：隨著材料加工工藝的發(fā)展,金屬材料塑性變形機制的研究成為當前最熱的課題之一。從數(shù)值計算角度研究金屬材料的大變形行為,為深入了解材料塑性變形機制奠定了基礎。本文以具有FCC和HCP晶體學結構的金屬材料為研究對象,利用彈粘塑性自洽(EVPSC)模型中的不同自洽模型,通過數(shù)值模擬方法,對多晶塑性模型在多晶體材料大變形行為中的作用進行了系統(tǒng)的研究。主要工作和研究成果如下:(1)基于已有的EVPSC模型,考慮孿晶形成時引起的應力松弛,通過引入兩個新參數(shù)來描述孿晶臨界分解剪切應力的變化規(guī)律,建立了新的孿晶成核、擴展和生長的模型,實現(xiàn)了對孿晶形成過程的完整描述。(2)利用Taylor模型和EVPSC模型中的多種自洽模型,對初始各向同性的OFHC銅在多種加載方式下(單軸拉伸、壓縮、平面應變和簡單剪切)的流變行為和微觀織構演化規(guī)律進行了研究,并討論了潛在硬化系數(shù)對織構演化預測結果的影響。從應力-應變和織構演化兩方面對不同模型的表現(xiàn)進行了評價,結果表明相互作用剛度介于Secant(硬)和Tangent(軟)模型之間的自洽模型能比Taylor模型更好地預測出FCC材料的大變形行為。(3)借助于考慮彈粘塑性自洽模型的有限元計算程序,對OFHC銅在扭轉大變形中的行為進行了預測。得到了應力-應變響應、Swift效應和織構演化的規(guī)律,揭示了多晶塑性模型在FCC材料扭轉大變形中的作用機制,給出了初始剪切應變對扭轉變形中織構演化的影響規(guī)律。研究表明對銅的扭轉大變形,Tangent模型的預測結果跟其他模型有明顯的差異,不建議用于FCC材料的扭轉大變形行為模擬預測。(4)從晶格應變角度,分析了多晶體塑性模型對標準316奧氏體不銹鋼在單軸拉伸加載下的塑性變形影響,評價了不同自洽模型的預測能力;將不同模型的預測結果與中子衍射實驗測得的數(shù)據(jù)對比,發(fā)現(xiàn)晶格應變預測結果對多晶塑性模型的選擇較敏感,Tangent模型的預測結果與實驗值偏離的最多,而介于“最硬”Secant模型和“最軟”Tangent模型之間的自洽模型,即Affine模型和Meff模型,結果與實驗值吻合得最好。(5)針對具有HCP晶體學結構的鎂合金AZ31軋制板材,進行了單軸拉壓實驗和自由扭轉大變形實驗,并利用EVSPC模型,給出了變形機制相對開啟量、孿晶體積分數(shù)變化和織構演化規(guī)律,分析了鎂合金的塑性變形機制和力學性能,揭示了扭轉過程中孿晶對Swift效應的作用。對比了孿晶與退孿晶(TDT)和主導孿晶系模型(PTR)的預測晶格應變和織構演化規(guī)律,結果表明:TDT模型的預測結果與實驗觀測更接近。研究成果豐富了晶體塑性模型的基本理論,也為金屬材料大變形行為的研究提供了重要依據(jù)。
【關鍵詞】：晶體塑性 金屬材料 大變形 彈粘塑性自洽模型 自洽方法
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O341
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-9
• Extended Abstract9-27
• 變量注釋表27-29
• 1 緒論29-54
• 1.1 研究背景及意義29-30
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀30-50
• 1.3 本文研究內(nèi)容與方法50-52
• 1.4 本文的主要創(chuàng)新點52-54
• 2 多晶體彈粘塑性自洽本構模型54-71
• 2.1 單晶體塑性本構模型54-59
• 2.2 多晶體塑性本構模型59-63
• 2.3 孿晶模型63-67
• 2.4 彈粘塑性自洽模型的數(shù)值實施67-69
• 2.5 本章小結69-71
• 3 多晶體塑性模型對FCC材料大變形行為的影響71-93
• 3.1 計算模擬參數(shù)的確定72-74
• 3.2 多種加載方式下的預測結果74-84
• 3.3 潛在硬化系數(shù)的作用84-91
• 3.4 不同多晶塑性模型的評價91
• 3.5 本章小結91-93
• 4 多晶體塑性模型對FCC材料反向扭轉行為的影響93-112
• 4.1 大變形扭轉問題的提出和解決方法93-95
• 4.2 計算模型的建立95-98
• 4.3 模擬計算結果98-110
• 4.4 不同多晶塑性模型的評價110
• 4.5 本章小結110-112
• 5 多晶體塑性模型對晶格應變預測的影響112-126
• 5.1 中子衍射測量晶格應變原理及結果114-116
• 5.2 模型參數(shù)的確定116-118
• 5.3 晶格應變的模擬結果118-124
• 5.4 不同多晶塑性模型的評價124
• 5.5 本章小結124-126
• 6 基于彈粘塑性自洽模型的鎂合金AZ31的大變形行為126-151
• 6.1 鎂合金AZ31軋制板材的單軸拉壓變形127-131
• 6.2 鎂合金AZ31軋制板材自由扭轉變形131-136
• 6.3 鎂合金AZ31擠壓棒材的晶格應變預測及兩種孿晶模型對比136-149
• 6.4 本章小結149-151
• 7 結論與展望151-154
• 7.1 主要研究結論151-153
• 7.2 研究工作展望153-154
• 參考文獻154-176
• 作者簡歷176-179
• 學位論文數(shù)據(jù)集179

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本文編號：1124503