慮及損傷和晶粒尺寸耦合作用的晶體塑性本構(gòu)模型研究及有限元實(shí)現(xiàn).pdf

1、金屬材料是工程中常用的材料，對(duì)金屬材料力學(xué)性能的預(yù)測(cè)是一個(gè)重要的課題。大量的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明材料的力學(xué)性能與其自身的微、細(xì)觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。與傳統(tǒng)本構(gòu)模型相比，基于位錯(cuò)滑移理論的晶體塑性本構(gòu)能夠更好地體現(xiàn)材料塑性變形和損傷斷裂等力學(xué)行為的晶粒取向敏感性和晶粒大小所引起的材料力學(xué)性能的變化。本文在經(jīng)典晶體塑性本構(gòu)的框架下慮及損傷和晶粒尺寸的耦合作用，通過(guò)晶體塑性有限元模擬和力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證相結(jié)合的方法研究面心立方AL-0.63％Cu合金的力學(xué)性

2、能并驗(yàn)證所提力學(xué)本構(gòu)。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、基于晶體塑性理論，在Abdul-LatifA等人提出的FCC晶體本構(gòu)模型的框架下，引入與損傷耦合的尺寸效應(yīng)。將損傷看做滑移系的軟化項(xiàng)，并同時(shí)考慮晶粒尺寸的影響，建立了一種改進(jìn)的晶體塑性本構(gòu)模型，該模型能夠表現(xiàn)FCC金屬塑性變形時(shí)損傷劣化，尺寸效應(yīng)，各項(xiàng)同性硬化和背應(yīng)力引起的隨動(dòng)硬化并體現(xiàn)多晶微細(xì)觀結(jié)構(gòu)引起的變化。模擬結(jié)果和相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比研究充分證實(shí)了所提本構(gòu)的可行性。
　　

3、2、針對(duì)所提本構(gòu)模型對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)公式、增量公式和積分算法進(jìn)行了推導(dǎo)，并計(jì)算了雅各比矩陣，為本構(gòu)模型的有限元實(shí)現(xiàn)提供理論基礎(chǔ)。
　　3、基于Voronoi圖原理，通過(guò)MATLAB和ABAQUS混合編程的方法，利用Python語(yǔ)言建立多晶的有限元模型，根據(jù)米勒指數(shù)法賦予晶粒取向，編寫腳本程序?qū)崿F(xiàn)后處理。建模過(guò)程中結(jié)合單元編號(hào)區(qū)域排布的特點(diǎn)，采用直接依次求取每一個(gè)單元體型心坐標(biāo)用于單元體晶粒劃分的辦法，簡(jiǎn)化了以往多晶體有限元建模中復(fù)雜的單

4、元信息提取過(guò)程。
　　4、根據(jù)提出的晶體塑性本構(gòu)，運(yùn)用Fortran語(yǔ)言編寫有限元軟件ABAQUS的用戶材料子程序UMAT，實(shí)現(xiàn)本構(gòu)方程的有限元實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析確定了材料參數(shù)。
　　5、通過(guò)模擬結(jié)果，對(duì)AL-0.63％Cu合金的力學(xué)性能進(jìn)行深入的討論，包括模型內(nèi)部應(yīng)力分布的不均勻性，晶粒尺寸效應(yīng)、損傷演化對(duì)力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:由于代表性單元內(nèi)晶粒取向的隨機(jī)分布，材料在進(jìn)入塑性階段后有明顯的不均勻性產(chǎn)生，