金属学及金属工艺论文_超细晶铝合金弯曲变形行

文章目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 超细晶金属材料弯曲变形行为研究概述

    1.2.1 准静态三点弯研究进展

    1.2.2 三点弯曲疲劳研究进展

1.3 非均匀变形中的剪切带研究概述

    1.3.1 剪切带形成对应变速率的依赖性

    1.3.2 织构对剪切带形成的影响

1.4 疲劳裂纹萌生研究概述

    1.4.1 疲劳裂纹萌生研究进展

    1.4.2 疲劳指示参数法

1.5 本文的研究内容及所做工作

第二章 晶体塑性理论的数值实现及有限元建模

2.1 晶体塑性本构理论简介

    2.1.1 晶体结构及滑移系

    2.1.2 晶体变形运动理论及本构方程

2.2 UMAT子程序在Abaqus中的实现

2.3 有限元模型的建立

    2.3.1 数值模拟量纲设定

    2.3.2 全局模型的建立

    2.3.3 子模型的建立

2.4 晶体塑性子模型的实现及材料参数标定

    2.4.1 超细晶铝合金微结构组织信息

    2.4.2 Voronoi多晶模型的建立

    2.4.3 晶粒取向的赋予

    2.4.4 本构模型参数校准

2.5 本章小结

第三章 基于晶体塑性的三点弯数值模拟分析

3.1 晶体塑性子模型正确性的分析

    3.1.1 全局模型分析

    3.1.2 晶体塑性子模型分析

3.2 实验结果与模拟结果对比

    3.2.1 数字图像相关法

    3.2.2 DIC实验结果与有限元模拟结果比较分析

3.3 应力分析

3.4 剪切带形成的影响因素研究

    3.4.1 剪切带的形成对应变速率依赖性

    3.4.2 载荷参数对剪切带形成的影响

    3.4.3 剪切带的反局域化机制分析

    3.4.4 织构成分对剪切带扩展的影响

3.5 本章小结

第四章 基于晶体塑性的弯曲疲劳特性分析

4.1 三点弯曲疲劳行为模拟

    4.1.1 循环变形后的应变分布

    4.1.2 滑移系上的累积滑移

    4.1.3 疲劳指示因子D~α

4.2 预测不同最大循环载荷下的疲劳裂纹萌生位置

4.3 与其他方法对比分析

    4.3.1 累积塑性滑移预测疲劳裂纹萌生位置

    4.3.2 基于能量法预测疲劳裂纹萌生位置

    4.3.3 比较分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 本文创新之处

5.3 展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间参与的项目和研究成果

文章摘要:超细晶铝合金具有较高的强度与应力疲劳性能,在航天航空、医疗、电子通讯等领域存在较大的应用潜能,如微机电系统的微型螺钉、微齿轮以及义肢等。这些零部件在服役过程,往往受到偏心压缩载荷作用产生弯曲效应,或直接受到弯曲载荷作用,为了保障它们的服役安全,理解并掌握其单调弯曲及弯曲疲劳行为,特别是在微结构尺度下分析其变形机理,就显得极为必要与迫切。本文首先基于晶体塑性理论和子模型法对超细晶铝合金进行三点弯数值模拟,再通过数字图像相关法（DIC）实验进行验证,然后对变形过程中剪切带的形成及影响因素进行研究;接着对超细晶铝合金的弯曲疲劳行为进行模拟,分析微结构与疲劳失效之间的关系;最后基于滑移系上的累积滑移,提出一种疲劳指示因子参数D^α来预测疲劳裂纹萌生位置,并通过经典的累积塑性滑移和累积应变能耗散的疲劳指示因子法进行验证。本文主要的研究成果如下:1、基于晶体循环塑性本构、Chaboche组合硬化循环本构和子模型法建立三点弯的有限元模型,考虑超细晶铝合金的微观组织力学性能,并结合实验数据通过试错法拟合出超细晶铝合金的材料本构参数。结果表明,宏细观结合的子模型法能很好地模拟超细晶铝合金三点弯的力学行为。2、单调三点弯的研究发现:（1）加载速率和载荷的变化,对剪切带的形成有较大影响。随着加载速率和载荷的增大,剪切带的条带会增多,同时长度也随之增大,应变局域化程度也会变得更集中。（2）通过构建―Goss‖、―S‖、―Cube‖三种典型织构模型,研究织构成分对弯曲变形过程剪切带发展的影响。结果表明,―Goss‖织构和―S‖织构均能够促进剪切带的形成,―Cube‖织构对剪切带的发展有抑制作用。3、为研究微结构与疲劳失效间的关系,对超细晶铝合金进行三点弯曲疲劳数值模拟分析,并比较分析滑移系上的累积滑移。考虑到主滑移系主导疲劳裂纹萌生以及所有滑移系对疲劳裂纹的贡献,引入一个疲劳指示因子D

文章来源：《塑性工程学报》 网址: http://www.sxgcxb.cn/qikandaodu/2022/0130/939.html