超細(xì)晶材料的本構(gòu)建模及其力學(xué)行為的研究.pdf

1、本文建立了一種超細(xì)晶材料的混合硬化模型,模型不僅考慮了超細(xì)晶材料的非線(xiàn)性隨動(dòng)硬化以及各向同性硬化效應(yīng),而且還考慮了超細(xì)晶材料的尺寸效應(yīng)和循環(huán)軟化/硬化的組合效應(yīng)。該數(shù)學(xué)模型是在修正的Johnson-Cook模型的基礎(chǔ)上引入Hall-Petch關(guān)系式,再在各向同性硬化部分疊加一個(gè)初始屈服半徑衰減的循環(huán)軟化項(xiàng),最后將非線(xiàn)性隨動(dòng)硬化部分的背應(yīng)力分解成三項(xiàng),而且每一項(xiàng)都服從 Armstrong-Frederick非線(xiàn)性隨動(dòng)硬化規(guī)律,所以該模型可

2、以比較好地描述材料在循環(huán)變形中出現(xiàn)的包辛格效應(yīng);其屈服半徑的大小則是由非線(xiàn)性隨動(dòng)硬化、應(yīng)變硬化及軟化共同作用的結(jié)果。
　　圍繞此混合硬化模型,結(jié)合離散的本構(gòu)方程、牛頓迭代法和徑向回退,推導(dǎo)了該模型的應(yīng)力積分算法,用Fortran編程語(yǔ)言編寫(xiě)了用于定義該模型的基于ABAQUS有限元分析軟件平臺(tái)的用戶(hù)材料子程序UMAT,并在此基礎(chǔ)上建立單胞有限元模型對(duì)超細(xì)晶純鋁和超細(xì)晶Al-Mg合金在單調(diào)和循環(huán)加載條件下的力學(xué)行為進(jìn)行數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)

3、證,結(jié)果表明該模型能夠較好地描述超細(xì)晶材料在單調(diào)拉伸和循環(huán)加載條件下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。最后用該混合硬化模型分析了不同晶粒尺寸的超細(xì)晶材料在不同條件下的力學(xué)行為,這些不同的條件包括不同的應(yīng)變率、平均應(yīng)變和應(yīng)變幅以及應(yīng)變幅從低到高變化的復(fù)雜加載條件。通過(guò)研究得出以下結(jié)論:(1)晶粒尺寸和應(yīng)變率會(huì)影響超細(xì)晶材料的屈服強(qiáng)度以及在循環(huán)加載條件下達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的峰值應(yīng)力,晶粒尺寸的減小和應(yīng)變率的增大都會(huì)使屈服強(qiáng)度和穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的峰值應(yīng)力增大,否則屈服

4、強(qiáng)度和穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的峰值應(yīng)力將減小,而且在循環(huán)加載中滯回能和晶粒尺寸之間的關(guān)系服從指數(shù)函數(shù)的關(guān)系,滯回能和應(yīng)變率之間服從對(duì)數(shù)函數(shù)的關(guān)系;(2)不同應(yīng)變幅下的穩(wěn)定滯回環(huán)面積所表征的滯回能和應(yīng)變幅的關(guān)系為線(xiàn)性關(guān)系,應(yīng)變幅值越大,滯回能也就越大;(3)平均應(yīng)變?cè)叫?滯回環(huán)面積所表征的循環(huán)滯回能越大,它們之間的關(guān)系服從線(xiàn)性關(guān)系;(4)在變幅循環(huán)加載中,超細(xì)晶材料先經(jīng)歷在較小應(yīng)變幅條件下的循環(huán)響應(yīng)后再緊接著承受較大應(yīng)變幅條件下的循環(huán)響應(yīng),在此加載條