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辛存,赵聃,闫晓鹏,王志华.材料三维微结构表征及其晶体塑性有限元模拟
3D modeling microstructure and crystal plasticity finite element simulation[J].计算力学学报,2019,36(2):233~239
材料三维微结构表征及其晶体塑性有限元模拟
3D modeling microstructure and crystal plasticity finite element simulation
3D modeling microstructure and crystal plasticity finite element simulation
投稿时间:2017-11-27  修订日期:2018-02-28
DOI:10.7511/jslx20171127001
中文关键词:  Voronoi  多晶集合体  晶体塑性有限元  晶体取向  各向异性
英文关键词:Voronoi diagram  polycrystal  CPFEM  crystal orientation  anisotropy
基金项目:国家自然科学基金(11602158;11390362;11572214);山西省自然科学青年基金(201601D021026);山西省"1331工程"重点创新团队资助项目.
作者单位E-mail
辛存 1. 太原理工大学 应用力学与生物医学工程研究所, 太原 030024

2. 太原理工大学力学学院
, 材料强度与结构冲击山西省重点实验室, 太原 030024

3. 太原理工大学力学国家级实验教学示范中心
, 太原 030024 
 
赵聃 1. 太原理工大学 应用力学与生物医学工程研究所, 太原 030024

2. 太原理工大学力学学院
, 材料强度与结构冲击山西省重点实验室, 太原 030024

3. 太原理工大学力学国家级实验教学示范中心
, 太原 030024 
zhaodan@tyut.edu.cn 
闫晓鹏 1. 太原理工大学 应用力学与生物医学工程研究所, 太原 030024

2. 太原理工大学力学学院
, 材料强度与结构冲击山西省重点实验室, 太原 030024

3. 太原理工大学力学国家级实验教学示范中心
, 太原 030024 
 
王志华 1. 太原理工大学 应用力学与生物医学工程研究所, 太原 030024

2. 太原理工大学力学学院
, 材料强度与结构冲击山西省重点实验室, 太原 030024

3. 太原理工大学力学国家级实验教学示范中心
, 太原 030024 
 
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中文摘要:
      材料的力学性能,尤其是在有限变形下所呈现的宏观各向异性,是材料结构设计和服役寿命考虑的关键因素。由于宏观模型不能较好地反映材料微观结构(晶粒的形貌和取向等)对宏观塑性各向异性的影响,因此,本文建立了能实际反映晶粒形貌的三维Voronoi模型,并基于晶体塑性理论对铝合金在有限变形下的响应进行计算。首先,建立反映材料微结构的代表性体积单元RVE模型进行计算,并与实验结果进行对比验证。然后,以单向拉伸为例,分析了有限变形过程中试件的晶粒形貌和取向分布等微观因素对宏观各向异性演化的影响,并从材料和结构两个层面讨论了微观结构对宏观力学性能的影响。结果表明,本文模型能够反映微观结构对宏观力学性能的影响,为实际生产制造领域构件的力学性能提供可靠的预测。
英文摘要:
      The anisotropic mechanical performance especially under finite deformation is the key factor in structural design of materials and service life of spacecraft.The phenomenal model can't reflect material microstructures(grain shape,orientation,etc.)which mainly influence the macroscopic plastic anisotropy.In this paper,the three-dimensional Voronoi model that can reflect the actual structure of crystals is established.Finite deformation response of aluminum alloy based on the crystal plasticity theory is calculated.First,the material microstructure of representative volume element(RVE)is established.The accuracy of calculation by crystal plastic finite element method(CPFEM)is compared with that of experiment.Second,the macroscopic anisotropy influenced by grain morphology and orientation distribution in simple tension is analyzed.The influences on the macroscopic mechanical properties of microscopic properties are discussed from both viewpoints of structure and material.Finally,results show that the model established can reflect the mechanical properties of aluminum alloy,which is useful for providing reliable predictions of mechanical properties of actual structures in aerospace and other manufacture engineering fields.
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