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現(xiàn).pdf

1、金屬材料是工程中常用的材料，對金屬材料力學(xué)性能的預(yù)測是一個重要的課題。大量的實驗已經(jīng)表明材料的力學(xué)性能與其自身的微、細觀結(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，通過晶體塑性有限元模擬和力學(xué)實驗結(jié)果驗證相結(jié)合的方法研究面心立方AL-0.63％Cu合金的力學(xué)性

2、能并驗證所提力學(xué)本構(gòu)。主要研究內(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，并同時考慮晶粒尺寸的影響，建立了一種改進的晶體塑性本構(gòu)模型，該模型能夠表現(xiàn)FCC金屬塑性變形時損傷劣化，尺寸效應(yīng)，各項同性硬化和背應(yīng)力引起的隨動硬化并體現(xiàn)多晶微細觀結(jié)構(gòu)引起的變化。模擬結(jié)果和相應(yīng)實驗結(jié)果對比研究充分證實了所提本構(gòu)的可行性。
　　

3、2、針對所提本構(gòu)模型對其運動學(xué)公式、增量公式和積分算法進行了推導(dǎo)，并計算了雅各比矩陣，為本構(gòu)模型的有限元實現(xiàn)提供理論基礎(chǔ)。
　　3、基于Voronoi圖原理，通過MATLAB和ABAQUS混合編程的方法，利用Python語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。建模過程中結(jié)合單元編號區(qū)域排布的特點，采用直接依次求取每一個單元體型心坐標用于單元體晶粒劃分的辦法，簡化了以往多晶體有限元建模中復(fù)雜的單

4、元信息提取過程。
　　4、根據(jù)提出的晶體塑性本構(gòu)，運用Fortran語言編寫有限元軟件ABAQUS的用戶材料子程序UMAT，實現(xiàn)本構(gòu)方程的有限元實現(xiàn)，并通過與實驗結(jié)果的對比分析確定了材料參數(shù)。
　　5、通過模擬結(jié)果，對AL-0.63％Cu合金的力學(xué)性能進行深入的討論，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)晶粒取向的隨機分布，材料在進入塑性階段后有明顯的不均勻性產(chǎn)生，