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基于林位错强化的晶体塑性模型的改进及其在晶体塑性有限元中的应用

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目录

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第一章 绪论

1.1 金属材料的塑性成形过程

1.2 晶体塑性理论的发展

1.3 晶体塑性有限元方法

1.4 基于物理机制的晶体塑性模型

1.5 CPFEM的数值形式

1.6 CPFEM的应用与实验验证

1.7 本章小结

第二章 晶体塑性理论及位错模型

2.1 流变动力学(Flow Kinetics)模型

2.2 本构模型

2.3 唯象硬化模型

2.4 基于物理机制的本构模型

2.5 林位错强化模型的稳定性缺陷及改进思路

2.6 本章小结

第三章 模拟铜和铁单向拉伸试验

3.1 晶体塑性有限元中的实现

3.2 单晶体应力应变曲线比较

3.3 参数对模型稳定性的影响

3.4 本章小结

第四章 冷轧铝板的剪切带形成特征研究

4.1 对照试验

4.2 模拟准备

4.3 铝板剪切带形成特征

4.4 分析与讨论

4.5 本章小结

第五章 总结

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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摘要

晶体塑性有限元方法将晶体塑性理论与有限元模拟相结合,在模拟材料塑性变形行为以及预测材料成形性能等方面有着广泛的应用。过去的模拟通常使用唯象模型来描述材料的变形行为,然而由于缺乏对微观物理本质的考虑,唯象模型无法体现材料的许多微观机制的影响,如晶界效应、尺寸效应等。而位错作为塑性变形的载体,以位错为核心机制的模型可以从微观角度理解材料变形的机制,具有明确的物理意义和良好的预测能力。其中,林位错强化模型根据非共面林位错之间的相互作用建立位错密度演化关系,物理意义清晰,数学形式简洁,具有广泛的应用。然而,林位错强化模型忽略了共面位错之间的相互作用,导致模型缺少抑制扰动的能力,常常出现异常的扭曲失稳现象。本文针对这一点,通过分析位错之间的相互作用强度,在林位错强化模型中引入共面位错的相互作用来改善模型的稳定性问题。
  通过比较三种模型模拟单晶体沿多个方向拉伸的变形模式,以及冷轧铝板剪切带的形成特征,表明改进的模型具有更好的稳定性:对于单晶单滑移,改进前后的林位错强化模型的稳定性表现一致;但是对于单晶多滑移,缺乏自硬化的林位错强化模型出现了扭曲失稳,而引入自硬化的改进模型对于多滑移系的模拟符合真实情况,改善了模型的稳定性问题。对于冷轧铝板发生剪切变形时剪切带的形成特征,林位错强化模型的不稳定性放大了材料的失稳变形,模型的低稳定性和材料的变形失稳叠加,导致预测的结果失稳程度过高;而引入自硬化的改进模型更稳定,可以真实地反映材料本身的失稳。同时,通过引入自硬化作用,模型的稳定性得到了提高,对于材料参数的选择放宽,提高了模型的计算效率。

著录项

  • 作者

    季灏;

  • 作者单位

    上海交通大学;

  • 授予单位 上海交通大学;
  • 学科 材料科学与工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 谢超英;
  • 年度 2016
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 冷轧;
  • 关键词

    晶体塑性模型; 林位错; 滑移现象; 失稳变形;

  • 入库时间 2022-08-17 11:14:34

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