AZ31镁合金轧制板材各向异性行为的晶体塑性研究

室温下,镁合金的主要变形机制是滑移和孪生相互竞争。为了从介观尺度准确描述这种变形机制,晶体塑性本构关系需要考虑滑移和孪生的耦合作用。基于滑移-孪生耦合的晶体塑性本构关系,本文采用代表体积单元法建立了多晶模型,并对AZ31镁合金沿RD和TD方向进行拉伸模拟分析。结果表明:沿RD方向的变形机制为基面滑移、柱面滑移、锥面滑移,沿TD方向为柱面滑移和锥面滑移。沿不同方向基面滑移对变形的贡献不同,造成AZ31镁合金轧制薄板沿RD方向的屈服强度小于TD方向,表现出强烈的力学性能各向异性。     

基于机理法考虑动态再结晶的黏塑性本构模型先验知识的确定

宏微观耦合本构模型的参数识别往往通过反分析方法进行,为使参数识别结果具有高的置信度,需要确定合适的参数取值范围. 基于考虑动态再结晶的黏塑性本构模型的物理机理,提出该模型参数取值范围的确定方法. 根据模型构造机理,提出通过6步确定该模型参数取值范围的方法;并对300 M低合金钢进行不同温度、应变速率下的热变形试验,测试其流动应力-应变曲线、再结晶晶粒尺寸-应变速率-温度曲线,通过提出的方法并根据提取试验数据,确定模型的先验知识,为参数识别提供基础. 结果表明,确定的参数识别范围大部分可以归类为中等准确和较差准确确定.     

高温下混凝土硬化模型研究

高温下混凝土的塑性和粘塑性应变分析是有关水工结构的设计基础本构关系用于表示材料应力和应变之间的联系 ,其中混凝土的硬化模型研究占有重要地位 在硬化模型研究中的难点之一是 ,关键材料参数须由双轴拉压试验方法确定 ,对设备的要求较高 ,工作量大 笔者通过分析材料单元在多轴应力状态和单轴应力状态下变形的内在联系 ,得到了一种由单轴压缩试验确定关键硬化材料参数的简便方法 ,改进了高温下的混凝土本构关系 ,使得进行更为可靠的结构设计成为可能     

高温下混凝土硬化模型研究

高温下混凝土的塑性和粘塑性应变分析是有关水工结构的设计基础本构关系用于表示材料应力和应变之间的联系,其中混凝土的硬化模型研究占有重要地位,在硬化模型研究中的难点之一是,关键材料参数须由双轴拉压试验方法确定,对设备的要求较高,工作量大,笔者通过分析材料单元在多轴应力状态和单轴应力状态下变形的内在联系,得出了一种由单轴压缩试验确定关键硬化材料参数的简便方法,改进了高温下的混凝土本构关系,使得进行更为可靠的结构设计成为可能。     

基于晶体塑性理论的面心立方单晶变形研究

借助晶体塑性理论,通过ABAQUS/UMAT用户子程序的二次开发,实现了基于位错运动的塑性本构描述。通过晶体塑性有限元模拟,研究了单向拉伸过程中,晶体旋转及晶粒取向对变形结果的影响,获得了晶体旋转角度与应变的对应关系,晶粒初始取向对滑移启动及变形程度的影响规律;模拟结果与Schmid定律一致,验证开发的晶体塑性模型的正确性。     

ABAQUS中混凝土塑性损伤因子的合理取值研究

基于《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)建议的单轴本构关系,利用能量等价原理,给出混凝土塑性损伤本构模型中塑性损伤因子取值的确定方法;根据已确定的该本构模型塑性损伤因子的取值,利用ABAQUS软件,对钢次梁插入式节点的混凝土框架梁试验模型进行非线性全过程分析,有限元分析结果与试验结果吻合较好,证明本文中提出的混凝土塑性损伤因子取值的确定方法合理可行.1     

基于位错密度的体心立方晶体塑性本构模型

晶体塑性理论是将晶体微观尺度的位错运动与宏观尺度的塑性形变相结合的重要理论,提供了在细观尺度内研究材料力学行为的有效方法。位错的密度变化对金属晶体的硬化行为有着重要的影响。该文在晶体塑性理论的基础上引入位错运动理论,建立基于位错密度的体心立方晶体(body center cubic,BCC)塑性本构模型,研究BCC的力学行为;并借助ABAQUS有限元软件,编写UMAT子程序,实现对BCC结构的铁单晶及多晶单轴拉伸试验的数值模拟。结果表明:该本构模型能有效地模拟铁单晶及多晶单轴拉伸的力学行为。     

基于球化机理的TA15钛合金热变形统一本构模型

应用晶界分离模型解释了片层α相的球化现象,阐述了TA15钛合金转变组织中次生片层α相的球化是其主要的流动软化机制.基于钛合金球化软化机理,建立了TA15钛合金的统一黏塑性本构模型.本构模型综合考虑了次生α相的球化、正则位错密度、等向硬化、塑性成形产生的温升、成形过程中的相变等物理变量.利用遗传算法确定了本构模型中的材料常数.本构模型能够较好地描述TA15钛合金热变形下的流动应力变化.     

基于分段线性化模型的一维流变固结分析

为进一步认识饱和软黏土的黏滞效应对其一维固结过程的影响,引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型来描述其变形的弹黏塑性,从而改进了一维分段线性化(CS2)固结模型.通过与已有研究成果的对比,证明了UH本构模型以及修正后CS2模型的有效性.在此基础上,探讨UH本构模型参数对固结进程的影响.数值分析表明,饱和软黏土的黏滞效应使得靠近不排水面处的土体在加载初期出现了超孔隙水压力升高的现象,随后减缓了加载中后期地基超孔隙水压力的整体消散,增大了地基的沉降量.同时,随着回弹指数和初始超固结参数的增大,上述流变固结特性更加明显.     

考虑孪晶内二次滑移的镁单晶细观本构模型

基于晶体塑性理论,建立了一个考虑滑移、形变孪晶以及孪晶内二次滑移的镁单晶弹-黏塑性细观本构模型,并在有限元软件ABAQUS的用户子程序UMAT中数值实现.利用该模型对镁单晶的室温平面压缩试验进行了模拟,研究了不同加载取向下镁单晶变形机制的演化规律.结果表明:镁单晶的变形机制与取向密切相关,其力学行为表现出强烈的各向异性特征;拉伸孪晶在特定取向下能够提供沿晶粒c方向伸长的变形,并引起晶粒的重取向;在某些变形状态下,当拉伸孪晶达到饱和体积分数后,孪晶内会出现二次滑移.     

Fe-28Mn-3Si-3Al TWIP钢变形的微观组织特征

采用扫描电镜、透射电镜和电子背散射衍射技术对TWIP钢拉伸变形后的组织进行了观察和分析. 研究结果表明,热处理后的TWIP钢中存在60%的退火孪晶,变形后孪晶量减少为32%. 在拉伸过程中,具有退火孪晶的晶粒内部首先发生变形,产生的变形孪晶遗传了退火孪晶的取向. 变形过程中孪晶和位错相互作用、孪晶和孪晶相互作用以及孪晶取向改变引发滑移的综合结果使TWIP钢同时获得高塑性和高强度,因此变形过程中孪生变形是TWIP钢的主要变形机制.     

超低温温度场中Cu-Zr-Cr合金显微结构转变规律

研究超低温温度场中Cu Zr Cr合金基体组织(α固溶体)形成孪晶结构并析出弥散的Cu3Zr和Cr2Zr金属间化合物及基体组织微细化的过程。孪晶可以在93K低温下形成和扩展。析出Cu3Zr和Cr2Zr强化相,细化了基体组织。试验表明:以上组织结构的变化,提高了合金抗高温塑性变形能力,减轻了高温焊接时粘焊现象的发生,电极的耐磨性明显提高。     

Fe-6.5％Si钢中温变形过程本构方程

利用Gleeble 3500开展了Fe-6.5%Si(质量分数)钢在变形温度300,400,500,600℃及应变速率为0.05,0.5,5s^-1条件下的单道次压缩实验.在初始均匀塑性变形阶段,加工硬化作用使流动应力迅速增加,随着变形继续动态软化机制启动,流动应力增加量减弱.随着温度升高和应变速率降低,应变硬化指数减小.提出了通过变形温度、应变速率描述应变硬化指数的方法构建Fe-6.5%Si钢中温变形过程本构方程.构建的本构方程对不同变形条件的应力预测结果和实测值吻合良好,平均相对误差约为5.35%,预测精度较高.     

30Mn20Al3无磁钢加工硬化行为和组织变化

研究了30Mn20Al3无磁钢冷轧板经1 000和800℃固溶处理10 min后的拉伸变形加工硬化行为和组织结构变化.结果表明:该钢的加工硬化速率在不同变形阶段随真应变的变化呈现不同的规律,加工硬化指数随真应变增加而增加.OM和TEM观察显示,变形量小时,滑移为主要变形机制;变形量增大,变形机制以形变孪晶与位错及形变孪晶之间的交互作用为主;1 000℃固溶处理的晶粒尺寸较800℃大,变形过程中产生的形变孪晶较多,且随着变形量增加,形变孪晶可持续形成,增大了TWIP效应;晶粒尺寸减小使变形过程中的形变孪晶产生的临界应力增大,抑制形变孪晶的产生,从而减小了TWIP效应.     

应力空间和应变空间的后继屈服面演化

 屈服面的位置和形状直接影响材料塑性应变的确定。考虑滑移是晶体的主要塑性变形机制,介绍了晶体塑性理论的推广--滑移构元模型,研究了应力空间和应变空间的后继屈服面演化。给出了确定应力空间和应变空间屈服面的数值计算方法,提出一种考虑屈服面畸变变形的混合硬化假设,可以描述应力空间和应变空间后继屈服面的移动和畸变变形。通过计算1100-O 铝在纯扭转和拉扭组合加载下（σ₁₁ -σ₁₂）空间和（ε₁₁ -γ₁₂）的后继屈服面演化,与已有实验结果吻合。研究结果表明,无论是在应力空间还是应变空间,后继屈服面“前凸后扁”的变形特征可基于滑移构元的潜在硬化和包氏效应来描述。     

超高速碰撞下体心立方纯铁的变形孪晶

采用非火药驱动二级轻气炮技术将2017Al合金弹丸以3km/s速度撞击纯铁靶板,通过光学显微镜、扫描电镜和透射电镜研究了纯铁材料的微观组织演化.根据微观组织的不同特征可将纯铁靶板分为细晶区、高密度孪晶区和低密度孪晶区.在低密度孪晶区的主要变形方式为{112}面的孪晶,而高密度孪晶区主要变形方式为{112}面的孪晶和{110}、{112}及{123}面的位错之间的交互作用.超高速碰撞下孪晶形成机制与普通变形条件下没有区别,但是孪晶形貌区别较大,高密度位错聚集在孪晶界附近造成孪晶界面模糊;螺位错在孪晶界上分解导致沿着孪晶界发生弯曲和凹痕甚至孪晶的断裂.     

多晶纯钛中应变率拉伸力学行为实验研究

利用MTS809和自行研制的中应变率材料试验机,在室温下对多晶纯钛进行了0.004~14 s-1的准静态至中应变率范围内的拉伸试验,得到了多晶纯钛的拉伸应力应变关系.试验结果表明,多晶纯钛的拉伸力学行为在准静态至中应变率范围内具有明显的应变率强化效应和应变硬化效应,且有随应变率增大而逐渐明显的绝热温升软化效应.金相观察显示,拉伸变形过程中伴随孪生机制且孪晶密度随加载应变率的升高而增大.基于Johnson-Cook模型,提出了通过引入综合绝热温升软化系数Ψ来计及与应变率相关的绝热温升软化效应的修正的热粘塑性本构模型.结果表明,该模型能较好地表征多晶纯钛在本试验应变率范围内的拉伸力学行为.     

Deformation mechanism and microstructures on polycrystalline aluminum induced by high-current pulsed electron beam

In this paper, we present an experimental investigation of deformation twinning in polycrystalline aluminum exposed to high-current pulsed electron beam (HCPEB) irradiation. The residual tensile stress with about 10 2 MPa was introduced in the irradiated surface layer. The feature characteristic irradiated with various numbers of pulses was investigated. The formation of a large number of twin bands on the surface irradiated with multiple pulses was determined. The experimental observations indicated that the deformation twinning was indeed triggered during HCPEB irradiation. It is suggested that high value of stress and strain rate induced by rapid heating and cooling due to HCPEB irradiation may cause the shifting of whole atomic planes simultaneously. Additionally, some slipping systems may be suppressed due to the geometric confinement by thinned size of surface layer, which can promote the initiation of deformation twinning.     

超导粉末BSCCO单晶体本构行为

超导粉末B i2S r2C an-1CunO2n 1(BSCCO)的高致密度和强c-轴织构是形成B i-2223/A g高温超导带材较高临界电流密度的关键,传统的塑性理论很难模拟与预测晶体材料BSCCO的各向异性力学行为以及变形过程中的织构演化。采用率相关的晶体塑性理论,针对BSCCO低对称晶体结构的特点,通过在主方向上加运动约束,建立其弹塑性本构模型及数值积分过程,并利用ABAQU S/UM AT子程序进行二次开发,完整构建了基于晶体塑性理论的有限元数值分析平台。利用该平台,分析了双滑移系启动的典型变形模式。模拟结果表明,拉伸变形有助于BSCCO晶体内微裂纹的形成和扩展,而压缩变形则会抑制微裂纹的形成和扩展。     

开洞节能砌块隐形密框复合墙体恢复力模型

研究开洞节能砌块隐形密框复合墙体的抗震性能,对6片1/2缩尺的开洞密框复合墙体进行低周往复荷载作用下的拟静力试验,研究不同参数对结构构件受力性能的影响.试验考虑了墙体的配筋率、开洞形式对构件的承载力、刚度、变形、延性耗能、破坏形态及刚度退化等的影响,得出相应的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线等,并建立相应的开洞复合墙体恢复力模型.研究结果表明:肋柱配筋率的增加有利于提高复合墙体承载力、延性变形性能,而肋梁配筋率的增加有利于约束后期横向滑移变形,变形性能较佳;随着墙洞比系数的减小,复合墙体的强度、刚度有所增加,滑移变形较少,极限位移变形较少,前期刚度退化较平缓,后期下降段强度变化较明显,滞回曲线相对饱满,延性耗能、抗震效果较好.