基于晶体塑性模型的板料成形极限预测

用晶体塑性模型及M-K理论对具有初始织构的金属板坯的成形极限(FLD)进行分析,研究了初始缺陷、材料参数及初始织构对成形极限应变的影响.结果表明,晶体塑性理论能较好地预测金属板坯的成形极限曲线,同时通过初始织构及其演化的模拟能成功地分析材料各向异性对FLD的影响.     

磁流变材料的粘塑性模型

在外加磁场作用下,磁流变材料的力学性质可迅速发展变化甚至发生相变固化,材料的性能依赖于外加磁场的强度,作者基于一个简单的机械模型,发展了磁流变体的粘塑性本构描述,预言了磁流变流体的力学行为随磁场强度的变化,较好地描述材料的不同磁场强度下应力随应变而变化,结果表明所提出的模型能描述MR材料的塑性变形,粘性变形等内在的力学响应特性。     

基于实验的TiNi合金塑性本构关系和数值模拟

针对TiNi合金准静态拉伸中的特殊现象,以万能材料试验机(MTS)上所获得的实验数据为基础,结合弹塑性理论,把一种形状记忆合金的本构关系从一维推广到了三维。同时为ABAQUS数值模拟编写了用户子程序UMAT,模拟中观察到了TiNi合金的异常断裂行为,和实验现象保持了良好的一致性,这为形状记忆合金的实验设计提供了理论参考。     

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。     

晶体塑性模型在体心立方金属板料成形极限计算中的应用

结合M-K理论,将率相关的晶体塑性模型用于具有初始织构的体心立方(BCC)多晶体金属板坯成形极限(FLD)计算.假设沟槽内外变形均匀,在沟槽边界处满足协调条件和应力平衡条件;在塑性变形中BCC晶体最多有24个滑移系开动,在晶体黏弹塑性模型中考虑潜在硬化效应,并分析了潜在硬化和板坯织构演化对成形极限应变的影响.结果表明,与不考虑潜在硬化相比,考虑潜在硬化时的成形极限明显较低,且发生缩颈的区域更集中.     

铜箔轧制滑移系演化的晶体塑性有限元模拟

为了定量描述厚度尺寸对极薄带轧制微观变形不均匀性的影响,采用率相关晶体塑性理论和Voronoi图的多晶模型,考虑试样尺寸,晶体取向及其分布,模拟了不同厚度铜箔在相同压下率条件下的变形行为,得到了在细观尺度上铜箔的微观应力应变和滑移系分布.模拟获得的应力-应变曲线和实验测得的曲线基本一致.通过对20%压下率不同厚度铜箔的轧制变形的研究表明,无论是在晶粒内部还是在晶粒间,材料变形都非常不均匀,主要是由在铜箔厚度方向上只有一层晶粒时,晶粒尺寸、形貌和取向的不均匀分布,近邻晶粒取向差以及滑移系启动特性所引起的.     

基于晶体塑性有限元的多晶铜力学行为研究

通过晶体塑性有限元对Voronoi多晶铜的单调拉伸和循环塑性行为进行数值模拟. 单调拉伸的模拟结果发现多晶体的力学响应与晶粒个数相关;试样在拉伸变形中出现45°方向的滑移剪切带和颈缩. 研究结果表明:多晶铜的对称应变循环可呈现出循环硬化和包辛格效应,导致包辛格效应的主要原因是晶间约束产生的残余应力. 在非对称应力循环载荷作用下,平均应力和应力幅值对多晶铜的棘轮行为有显著影响.     

Al-Ca-Zn合金的超塑性研究

Al-Ca-Zn合金是新型的铝基超塑合金。本文对不同成分的Al-Ca-Zn合金的超塑行为进行了系统的试验研究,确定了合金的最佳超塑变形温度及最佳超塑变形速度。含Ca5％在共晶沟附近的合金、在550℃,ε_0=1.67×10~(-2)S~(-1),时可取得最大延伸率770～830％,最大m值0.42。讨论了合金的超塑细晶形成及稳定机理、孔洞及超塑断裂。认为控制合金成分及其铸态组织是取得较高超塑性能合金的重要条件之一。     

孔隙材料宏观塑性模型及其研究进展

围绕孔隙材料宏观塑性模型,对其流动法则及非关联势进行了推导。分析评价了孔隙材料主流宏观塑性模型并列举了国内外应用实例。     

耦合孪生晶体塑性模型硬化参数的灵敏度分析

基于经典晶体塑性理论,建立了耦合孪生的晶体塑性本构模型并进行了全隐式积分的数值实现.该本构模型采用饱和硬化法则,并采用孪生阻力与滑移硬化之间的正比关系来描述孪生对滑移硬化影响及孪生硬化行为.针对该本构模型的13个参数,结合各参数物理意义提出了参数的分类确定方法.以孪生诱导塑性( TWIP)钢Fe-22Mn-0.6C为例,着重对硬化参数的局部灵敏度进行了分析,研究了各硬化参数对宏观力学响应、孪生激活和演化的影响,根据变形机制的不同宏观变形过程可区分为孪生硬化阶段和孪生硬化失效阶段,进而给出了硬化参数确定的步骤及其建议取值范围.结果表明：初始滑移阻力与屈服极限线性相关,取值范围在80~160 MPa之间;孪生硬化指数增大使得孪生硬化阶段减弱,其取值范围应在0~3之间;孪生阻力与滑移阻力比值增大,则孪生增长率降低,硬化率拐点后移,直至拐点消失,其取值范围在1~1.3之间.     

面心纯铝轧制织构的晶体塑性有限元模拟

基于率相关晶体塑性本构模型,分别将Taylor模型和有限单元模型两种多晶模型嵌入大型有限元程序ABAQUS,实现了晶体塑性学有限元模拟. 直接将电子背散射衍射(EBSD)获取的晶粒初始取向输入晶体塑性有限元模型,预测了两种不同应变情况下面心1 050纯铝轧制织构的演化. 模拟结果与EBSD实验测得的织构演化结果有较好的一致性,随着变形程度的增加,预测织构与实测织构变得更加锋锐. 经过比较,Taylor型模型预测出了{4 4 11}〈11 11 8〉的Dillamore取向,而有限单元模型预测出了铜型织构取向,比Taylor模型预测结果更接近实验验证结果. 两种模型并不能预测出{011}〈211〉黄铜取向、{123}〈523〉S取向、{011}〈100〉Goss取向及其他理想取向.     

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。     

镍钛形状记忆合金循环变形行为的晶体塑性有限元模拟

镍钛形状记忆合金具有独特的超弹性和形状记忆效应以及良好的生物相容性,因而广泛应用在航空航天等工程领域。在实际应用中,镍钛合金器件不可避免地承受着循环载荷作用,亟待建立可以全面深入考虑功能性退化和微结构信息的有限元模型对器件服役可靠性进行评估。为此,编写了用户材料子程序(VUMAT),并将已有的的晶体塑性循环本构模型移植到了Abaqus有限元软件中,建立了多晶代表性体积单元的有限元模型。模拟考虑了初始<111>织构,讨论了加载水平和织构强度对循环应力-应变响应的影响。模拟结果表明,在同一织构强度下,合金超弹性退化行为随着加载水平的增加而加剧;在同一加载水平下,合金超弹性退化随着织构强度的增加而降低。     

基于热力学的混凝土塑性和粘塑性本构模型研究

建立了具有实用意义的基于热力学能量耗散函数的混凝土率无关和率相关塑性模型.基于热力学原理,构造了混凝土在主应力空间中的能量耗散函数,并根据此函数推导出了耗散应力空间和真实应力空间中的混凝土模型.推导过程中不需引入其他假定,所得模型能自动满足热力学定理.拟合参数后,计算了多种受力状态下混凝土试件和构件的静动态响应.计算结果符合试验结果,验证了模型的正确性和实用性.     

基于类桁架材料模型优化方法计算稳定性研究

推导了2相正交类桁架材料模型,建立了基于类桁架连续体材料模型的单工况和多工况应力约束拓扑优化方法.以杆件在结点位置的密度和方向为设计变量,在单工况下,采用满应力准则法优化杆件密度,将杆件方向与主应力方向对齐;在多工况下,采用方向刚度包络线拟合的方法,由各单工况优化结构导出.通过反复迭代形成类桁架连续体材料优化分布场,进而形成类桁架结构.通过3个经典算例,验证了不同有限单元网格密度和形状下该拓扑优化方法的稳定性,克服了各种拓扑优化普遍存在的单元依赖性.     

基于损伤塑性模型的超高性能混凝土双肢墩数值模拟研究

为了准确模拟和预测超高性能混凝土(UHPC)构件在外部作用下的的非线性力学行为,基于塑性损伤模型研究了超高性能混凝土CDP本构参数的取值方法,包括损伤因子和单轴应力-应变关系的确定,并分析了考虑材料损伤和不考虑材料损伤对模拟结果的影响.通过对超高强度混凝土墩进行单调加载试验,得到了试验墩的破坏形态、荷载-位移曲线和位移延性.并建立了数值模型,对试验结果进行了对比分析.结果表明:不考虑材料损伤的CDP模型计算得出的结构承载力与延性,和试验值相比有较大误差,并且荷载-位移曲线在峰值点后的发展趋势与试验结果相去甚远.然而考虑材料损伤演化下的CDP模型能够准确预测UHPC结构的力学性能,最终模拟结果与试验结果之间的误差可以控制在5%以内,运用该方法能够为对UHPC进行更准确的非线性有限元分析提供参考.     

ZnA127合金超塑性研究

本文对ZnAl27合金的超塑性进行了探讨.特别是研究了该合金铸态实现超塑性的条件、影响超塑性的因素.实验表明:铸态ZnAl27合金经过适当的超塑处理后,在250℃～350℃的温度范围内和应变速率为5×10~(-4)sec~(-1)～3.3×10~(-3)sec~(-1)时均具有超塑性,其中最大延伸率达1140%,而流变应力仅为0.58kgf/mm~2.     

01420Al-Li合金超塑性研究

采用单向拉伸对01420Al-Li合金进行超塑性研究。发现该合金经过适当的机械热处理后能获得良好的超塑性．显微组织观察表明，经过双级时效处理的01420Al-Li合金，基体内弥散分布大量的大颗粒S相粒子，在大压下率横轧后，经再结晶退火后获得稳定的、等轴的细晶组织，因而超塑效应显著．细小而分散的空洞是得到超塑性的必需的组织成分．     

基于Matlab的动态随机模型的计算与模拟

介绍了动态随机模型(DSM)及模型系数的求解方法,并推导了该模型的解及欧拉方程。利用Matlab计算和模拟单期生产力水平冲击对生产力、消费、就业、投资和收益的响应。结果表明:随着时间的推移这些变量的脉冲响应会缓慢趋于0,回到均衡状态;模型计算的速度和精度都达到了预期要求。