平面微裂纹扩展过程的计算机模拟

运用二维Voronoi网络划分技术模拟了金属材料的多晶体结构,在此基础上,对二维微裂纹在多晶体结构中的扩展过程进行了计算机可视化模拟,并开发出相应的计算机模拟软件.模拟结果再现了微裂纹在各个扩展阶段的形状变化特征及扩展路径,为预测在一定载荷条件下、特定材料中微裂纹的扩展行为提供了一个有效的可视化的手段,同时还为三维微裂纹扩展过程及其行为的模拟奠定了基础.     

多晶体晶粒尺度三维组织建模及可视化

采用基于Monte Carlo Potts模型的仿真技术对单相多晶体各向同性晶粒组织进行了三维建模,利用OpenGL图形接口,在所建多晶体组织模型数据结构的基础上进而实现了三维可视化和任意角度观测,结果表明,所建几何图像模型可以很好地仿真预定细观组织结构参数的三维多晶体组织,不但满足模型化研究所要求的统计意义上的准确性,而且非常符合实际材料显微组织的多变性特征,可望用作细观尺度多晶材料加工过程数值模拟和细观力学计算的基本组织模型。     

二维多晶体材料微结构的力学响应计算

为了研究二维多晶体材料微结构细观尺度的力学性能和失效行为,将材料微结构细观力学响应的数值计算建立在材料微观组织结构的代表性体积单元(RVE)上.利用已开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出二维多晶体材料微结构模型,采用C程序设计和Python脚本语言混合编程的方法,开发出用于材料微结构有限元网格划分与细观应力响应计算的软件AutoRVE,这对评估微裂纹的启裂、扩展,预测复合材料微结构材料损伤后的材料性能,推演微结构"虚拟失效"行为具有指导意义.     

取向分布函数(ODF)在材料织构研究中的应用

为准确描述材料性能,以立方晶体为对象,采用Bunge的级数展开法模型计算其取向分布函数(ODF),以Voronoi增量算法为基础生成多晶体材料各晶粒的几何数据信息,利用可视化手段将多晶体材料晶粒位置与对应的ODF实现可视化,直观显示了多晶体材料中ODF值在各晶粒内的分布.对立方晶系多晶体材料的ODF测算及可视化处理,有助于获得材料的织构类型与分布规律.     

多晶体材料微结构的仿真与取向分布函数计算

为解决多晶体材料结构的可视化,设计Voronoi增量式外存算法,开发了多晶体材料微结构的“海量”级仿真技术,获得了数值化的晶粒几何信息数据。利用OpenGL图形接口,实现了一般多晶体及表层晶粒细化多晶体材料微结构的可视化仿真,并在此基础上采用Bunge符号的级数展开法模型,计算了各个晶粒的取向分布函数（ODF）,实现了取向分布函数值在取向空间内与实际晶体取向分布的一一对应;开发了软件ProDesign,为三维多晶体材料微结构的力学响应计算提供了基础性仿真工具,为识别“材料结构弱点”、评估微裂纹（群）的启裂及扩展、推演“微结构虚拟失效”行为搭建了支撑性平台。     

晶体学取向对多晶体材料微结构力学行为的影响

现代材料设计和制备,对材料性能的要求愈来愈高,对寿命估测准确程度的要求也日益严格。基于材料细观尺度层次的性能预测并以此控制材抖的宏观性能,是解决这一问题的一个有效途径。利用自主开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出三维多晶体材料微结构的代表性体积单元,通过C语言、Python脚本混合编程的方式,实现对商业有限元软件ABAQUS前处理的二次开发,使之用于多晶体材料微结构几何模型的建立、材料属性与晶粒取向的赋值、边界条件的定义以及有限元网格的划分,自主开发软件AutoORI对其生成的INP文件进行一系列修改实现晶体学取向的自动替换从而预测其晶体学取向对其微结构力学行为的影响。     

立方晶体宏观织构取向分布函数的程序化

取向分布函数(ODF)从宏观整体上反映了多晶体各晶粒取向的统计分布,它突破了传统的极图法、反极图法用一维或二维图形来描述晶体的空间取向分布的局限性,可实现晶体取向分布的三维空间描述.针对具有立方结构的多晶体材料,采用级数展开法模型计算取向分布函数的理论模型,利用程序对ODF值进行了计算,并以Voronoi增量算法为基础生成包含有5000个晶粒的多晶体材料各晶粒的几何数据信息,与计算得到的ODF值一起导入OpenGL进行可视化处理,直观显示了多晶体材料中ODF值在各晶粒内的分布.通过对立方系多晶体材料的ODF测算,对该种材料的织构类型研究与分布规律分析具有重要的指导意义.     

二维复合材料微结构的力学响应计算

复合材料的力学响应数值计算对于多元多向异质体材料微结构的"性能导向型"设计、材料微结构失效的评估与预测具有重要的意义.利用自主开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出二维复合材料微结构的代表性体积单元,通过C语言、Python脚本混合编程的方式,实现对商业有限元软件ABAQUS前处理的二次开发,使之用于复合材料微结构几何模型的建立、材料属性与晶粒取向的赋值、边界条件的定义以及有限元网格的划分,从而有效地实现二维复合材料微结构的细观应力响应计算.     

体积权重与个数权重晶粒体积分布特征的相互关系

金属多晶体三维晶粒尺寸分布常近似呈Ｇａｍｍａ分布或Ｌｏｇｎｏｒｍａｌ分布。基于这２种分布函数，导出了体积权重与个数权重的晶粒体积分布特征参量的相互关系，并利用一种低碳钢奥氏体晶粒组织的实验数据及文献数据对其进行了验证。利用该关系，通过对多晶材料晶粒组织二维截面的标准金相测量，即可计算个数权重的三维晶粒积分布的特征参量。     

应用TransMesh进行微观组织结构的有限元网格划分

介绍了使用开发的软件TransMesh和商业化有限元软件ABAQUS,对二维异质体材料微观组织结构进行面向对象的有限元网格划分技术.运用C语言和Python脚本语言,在有限元软件ABAQUS中成功地再现了二维异质体材料微观组织结构的体积代表单元(RVE).并通过软件TransMesh实现了参数化有限元网格划分.将ABAQUS与自主开发的TransMesh软件相结合,在国内率先系统地掌握了二维异质体材料微观组织结构的有限元网格划分技术,为微观组织结构的有限元模拟的顺利进行奠定了基础.     

Reconstruction of three-dimensional grain structure in polycrystalline iron via an interactive segmentation method

Using a total of 297 segmented sections, we reconstructed the three-dimensional (3D) structure of pure iron and obtained the largest dataset of 16254 3D complete grains reported to date. The mean values of equivalent sphere radius and face number of pure iron were observed to be consistent with those of Monte Carlo simulated grains, phase-field simulated grains, Ti-alloy grains, and Ni-based super alloy grains. In this work, by finding a balance between automatic methods and manual refinement, we developed an interactive segmentation method to segment serial sections accurately in the reconstruction of the 3D microstructure; this approach can save time as well as substantially eliminate errors. The segmentation process comprises four operations:image preprocessing, breakpoint detection based on mathematical morphology analysis, optimized automatic connection of the breakpoints, and manual refinement by artificial evaluation.     

多晶镍钛形状记忆合金相变伪弹性特性的研究

利用四光束云纹干涉法对多晶镍钛形状记忆合金拉伸过程中的马氏体与奥氏体相互相转变以及相界面传播的现象进行了研究.从云纹图可看到,形状记忆合金发生相变时,奥氏体与马氏体的分布以及两相的界面附近的位移场分布.利用材料试验机(MTS Sintech 10/D)获得多晶镍钛形状记忆合金的应力-应变特性;通过云纹图能够发现多晶镍钛形状记忆合金拉伸过程中马氏体的发生、生长和传播规律.结果表明,云纹干涉法可以用来研究形状记忆合金的相变,且结果直观、可靠。     

显微腭部组织序列切片图像的定位

针对显微腭部序列切片图像三维重建的特殊性，在硬定位的基础上，提出了一种基于ＲＳＴ变换的软定位方法，利用特征点，解决了显微腭部组织序列切片图像在三维重建过程中的错位问题，为真实再现腭部组织结构打下了良好的基础。这种定位方法也适用于其它显微序列切片图像的三维重建问题。     

由粗到精的三维人脸稀疏重建方法

针对传统三维人脸重建算法精度不高的问题, 提出一种由粗到精的三维人脸稀疏重建方法。根据稀疏形变模型方法对待重建人脸的部分区域显著点进行重建, 得到第1步重建结果, 并在此基础上进行后续重建。将第1步的重建结果作为新的参考模型, 求取待重建人脸与参考模型的特征点的坐标投影距离, 从而求取参考模型的形变因子, 完成最终三维人脸的重建。由于两步稀疏重建的作用不同, 对重建过程中参数的选取也采用不同方式。实验结果表明, 该方法能有效提高人脸重建精度, 同时保持较快的重建速度。     

基于轮廓线的任意形体三维重建

由二维灰度图像恢复形体的三维形状已经成为计算机视觉领域的一个研究热点.对该问题进行了深入的研究,提出了一种基于单幅图像,利用轮廓线进行形体三维重构的方法.该方法从一幅二维灰度图像的断层剖面中使用行扫描线法提取带有孔洞的轮廓线,并且根据一定的准则对其进行分层处理,采用曲率法对各相邻层轮廓线中的分层轮廓线进行匹配,结合最小对角线优化策略完成三角面片拼接,最终实现任意形体表面的三维重建.实验证明,该方法可以根据形体的二维灰度图像方便有效地重建出其三维形状.     

轧制织构的计算机模拟

分析了金属轧制变形的模拟过程,提出了新的形变模型(PC模型)。PC模型修正了多晶体内各晶粒变形时的切变边界条件,允许各种切变在变形过程中部分存在,从而使模拟更接近实际晶体变形过程。与多晶铝轧制织构的比较表明,PC模型能更好地表达轧制过程中面心立方金属各晶粒取向,在取向空间内的流动倾向及最终稳定位置。     

薄带连铸取向硅钢的热轧孪生行为

薄带连铸流程下取向硅钢粗大λ晶粒(〈100〉//ND,normal direction)的“遗传”会导致磁性能恶化.为解决这一问题,针对取向硅钢的热轧孪生行为开展研究,结果表明:凝固组织粗大的取向硅钢在650℃热轧时可产生大量112〈111〉形变孪晶,这与具有高层错能的硅钢在较高温度下难以孪生变形的传统认知不同.热轧过程中复杂的应力状态降低了变形孪晶的取向依赖性,由于具有更高的储存能,孪晶界/孪晶界及孪晶界/晶界交叉点成为再结晶形核的优先位置,大大提高了常化过程中的再结晶率,受沿孪晶界应变分布及孪晶间距离的限制,沿孪晶界形核的再结晶晶粒通常呈“饼状”,最终形成以细小且取向漫散的再结晶晶粒为主的常化组织,消除了初始凝固组织中有害的粗大λ晶粒.     

CoCrFeNi高熵合金组织演变规律及再结晶动力学

利用Gleeble-1500 D热模拟试验机对添加少量C原子的非等原子比CoCrFeNi高熵合金进行热变形处理.结果表明,当变形温度为1123 K,应变速率为0.1 s-1时,合金的显微组织主要为变形晶粒,随着温度的升高或应变速率的降低,变形晶粒边缘开始出现细小的等轴晶;当变形温度为1223 K时,其组织全部为等轴的再...     

添加剂和杂质对四方相 CeO_2—ZrO_2基陶瓷显微结构及性能的影响

研究了添加剂和杂质对CeO_2-ZrO_2基四方二氧化锆的制备条件、显微结构和力学性能的影响.结果表明:少量Al_2O_3添加剂可降低烧结温度,改善烧结性,并能提高四方ZrO_2的力学性能;工艺过程中混入的SiO_2杂质主要聚集在ZrO_2晶粒之间,使材料呈现一种殊特的显微结构,还对该材料的低弯曲强度和高断裂韧性的成因进行了讨论.