单调与循环载荷下多晶纯铜局部取向差演化数值模拟

为了揭示不同载荷下局部取向差的演化规律及其与变形损伤的关系,选取多晶纯铜为研究对象,基于DAMASK晶体塑性有限元的开源软件及Python脚本代码编写软件,研究了多晶纯铜在单调拉伸与循环载荷下的晶粒内取向差(KAM)、晶粒参考取向偏差(GROD)与等效塑性应变的演化规律,并采用取向差频率分布与相关系数评估了KAM与GROD表征变形损伤的优劣。结果表明:单调拉伸与循环载荷下KAM、GROD与等效塑性应变峰值区域分布一致,高取向差和高塑性区域首先出现在晶界或者三叉晶界附近,且取向差与宏观等效塑性应变呈线性正相关。单调拉伸和循环加载下GROD的频谱相似,而KAM的频谱对载荷敏感且相关系数更高,能更好地表征变形损伤。

考虑应力梯度的缺口疲劳分散性研究

针对缺口部位的微观结构及尺寸导致的疲劳分散差异较大的问题,为准确预测缺口件的疲劳分散性,以矩形截面缺口件为例,采用宏观Chaboche循环塑性本构模型与细观晶体循环塑性本构模型相结合的有限元子模型方法,并考虑缺口效应,提出了以应力梯度影响因子、等效应力与纵向应变为变量的统计标准差作为疲劳指示因子FIP_(notch)。在不同位移载荷、位移载荷比和缺口直径大小情况下将疲劳指示因子FIP_(notch)与经典的Fatemi-Socie疲劳指示因子FIP FS进行疲劳分散性的比较与分析。结果表明:疲劳指示因子FIP_(notch)均能很好地预测不同位移载荷、位移载荷比和缺口直径下的缺口疲劳分散性,且比经典的FIP FS方法有更高的精度与适用性。

基于多轴载荷相位差的神经网络预测钛合金疲劳寿命

钛合金是航空、航天等领域重要的结构材料,面临着多轴疲劳寿命预测困难与繁琐等问题。为此,本文考虑了对称正弦波加载条件下的相位差与加载路径非比例度的关系,构建一种以相位差、正应变幅值和切应变幅值作为输入变量,以疲劳寿命作为输出变量的多轴疲劳寿命预测的神经网络模型;分别以18组纯钛、14组BT9钛合金和33组TC4钛合金多轴疲劳试验数据进行训练,用另外的2组纯钛、2组BT9钛合金和5组TC4钛合金数据进行测试;最后与等效应变模型、最大切应变模型、临界面模型进行比较。结果表明:与基于实验数据的唯象预测方法相比,基于多轴载荷相位差的神经网络方法在预测钛合金疲劳寿命方面更高效、更准确、更具普适性。

晶粒取向对过载下疲劳裂尖塑性区的影响

为了厘清过载形式及裂尖晶体的晶粒取向对裂尖塑性区和疲劳性能的影响,采用基于晶体塑性有限元的子模型方法对裂尖塑性区进行了分析。首先,构建了具有随机微结构的多晶代表性体积单元模型并对其中的Chaboche模型与晶体塑性循环本构模型参数进行了识别。然后,应用子模型方法对裂尖位置进行了不同特征的晶粒取向分析以总结不同滑移系下的累积剪切应变。最后,结合过载行为对比了不同晶粒取向下的裂尖过载效应。结果表明,在拉伸过载、拉伸-压缩过载与压缩-拉伸过载中,拉伸过载均对抑制裂纹起主导作用。此外,应力集中倾向于发生在“硬”晶粒内,而应变集中往往位于“软”晶粒内,其中应变集中的晶粒取向趋势主要集中在反极图中的[001]方向。当裂尖晶体的晶粒取向倾向于“软晶粒”时有利于进一步优化拉伸过载的裂纹延迟效应。

阳极氧化膜对铝合金疲劳裂纹萌生的影响

首先基于晶体塑性有限元理论选取有自由表面的统计体积单元建立晶粒聚集体,并在晶粒聚集体的自由表面上覆盖不同厚度的弹性各向同性介质,以表示阳极氧化形成的氧化膜;然后借助Fatemi-Socie疲劳指示参数来表征疲劳裂纹萌生驱动力,对3种应力水平下覆盖不同厚度氧化膜的晶粒聚集体的裂纹萌生驱动力极值进行统计分析。结果表明,低应力水平下氧化膜的约束作用会普遍降低铝合金基体的裂纹萌生驱动力,但随着应力水平的提高,覆盖氧化膜的晶粒聚集体的最高裂纹萌生驱动力逐渐超过了无氧化膜的晶粒聚集体。氧化膜厚度增大时,铝合金基体的裂纹萌生驱动力有所降低。当应力水平低于弹性极限时,由于氧化膜的约束作用,不仅铝合金基体的裂纹萌生驱动力会降低,铝合金基体的疲劳热点比例也会减小。

一种超细晶材料的混合硬化模型及其数值模拟

针对超细晶材料强度高、塑性能力不佳以及饱和应力跟晶粒尺寸和应变率等因素有关的特点,在Johnson-Cook模型的基础上引入Hall-Petch关系式,再与Armstrong-Frederick非线性随动硬化规律进行叠加,提出一种同时包含各向同性硬化和非线性随动硬化的混合硬化模型。该数学模型不仅考虑了超细晶材料的尺寸效应,还计及了加工硬化和包辛格效应的组合效应。在推导出该混合硬化模型的积分算法的基础上进行有限元数值分析和试验数据的对比分析。对比结果表明,不同晶粒大小与不同应变率下的超细晶材料的数值仿真结果与试验数据均吻合较好,进而证明该数学模型的合理性。因此,该混合硬化模型不仅丰富了塑性力学的内容,也可为超细晶材料的结构件设计提供一定的理论依据。

单峰过载对裂尖塑性区晶内损伤分布的影响

为探究金属材料受到变幅疲劳载荷时的晶内损伤状况,采用宏观Chaboche与细观晶体塑性有限元相结合的方法,建立了裂尖多晶模型,模拟的应力-应变曲线与实验基本一致。以修正的Fatemi-Socie准则为疲劳指示因子,筛出裂尖损伤最大的晶粒,统计了晶内总滑移变形量分布,并结合晶内纵向应力分布和广义施密特因子GSF分布情况来对其形成原因进行分析。结果表明,相较于恒幅循环,过载瞬间晶内的纵向应力及GSF最大值与均值的增大导致晶内易滑移的区域扩大和已滑移区域的滑动趋势增加,进而导致晶内总滑移变形量瞬间增大且滑移不均匀性增加。过载会导致后续循环拉伸峰值时刻纵向应力减小及GSF区间的扩大,提高滑移分布不均匀性,且卸载峰值时刻纵向拉应力的减小和压应力的增大会抑制晶内原有滑移增长速率。

循环载荷下ECAP纯铜应力三轴度的分布

应力三轴度是决定金属损伤演化的关键因素。为了了解应力三轴度在细晶组织中的分布情况,通过电子背散射衍射法(EBSD)获得8道次等径角挤压(ECAP)纯铜的微观组织信息;并基于晶体塑性有限元法建立代表性的体积单元,探讨8道次ECAP纯铜在循环载荷下应力三轴度的分布现象与规律。结果表明:在循环加载初期应力三轴度的分布是不均匀的,循环加载20圈后,分布不均匀程度增大;极大和极小的应力三轴度多分布在晶界处,通常是软取向、硬取向晶粒相邻的情况。

超细晶铜在循环载荷下的非均匀变形演化

材料的不均匀变形对机械零件的各种力学性能有重要影响。为准确了解超细晶铜材料不均匀变形的演变情况,对称循环载荷下材料模型进行不均匀应变演化的研究:通过多晶voronoi集合体和电子背散射衍射(EBSD)图构建代表性的体积单元(RVE),并进行对称循环载荷加载;对RVE内所有单元的应变情况进行统计和分析,使用纵向应变的统计标准偏差来表征不均匀变形的情况。结果表明:超细晶铜在循环中应变不均匀性随着加载和卸载而变化,随着循环周期的增加逐渐增加,拉伸峰值位置应变不均匀性逐渐大于压缩峰值位置。

FCC多晶体弯曲力学行为及剪切带形成的数值模拟

铝合金板材在弯曲成形过程中会发生较大的塑性变形并伴随着剪切带的形成及发展,进而降低材料的可塑性。基于晶体塑性有限元法及子模型法建立超细晶6061铝合金三点弯模型,将DIC(数字图像相关法)测得的三点弯实验结果与模拟结果进行对比验证,并探究剪切带的形成与发展对应变率的依赖性。结果表明:所建立的三点弯模型能准确地模拟实验;剪切带的形成及发展对应变率具有明显的依赖性。

语文课应怎样结合爱国主义教育

爱国主义历来是一面光辉的旗帜,中国人民总是把它高高举起。如今,中共中央又制定了《爱国主义教育实施纲要》,进行全民的爱国主义教育,使这面光辉的旗帜显得更加鲜红夺目。 爱国主义教育的重点是青少年。加强爱国主义教育,发扬爱国主义精神,是学校整个德育工作的主要任务和基本内容。因此,语文课结合爱国主义教育十分必要。 语文教材的每一篇课文都是范文,思想性很强,艺术性也很高。结合爱国主义教育,可进一步增强课文的思想性,收到更好的效果。

一种基于DIC测量单边缺口拉伸试件CTOD阻力曲线的简便方法

针对测量单边缺口拉伸(SENT)试样的裂纹尖端张口位移(CTOD)阻力曲线时,延性裂纹扩展量的计算过于复杂的问题,提出了一种由数字图像相关技术(DIC)计算的变形场来确定裂纹尖端位置,并快速推算延性裂纹扩展量的方法。该方法首先在缺口和裂纹上下方的弹性区域设置两条平行横线;然后通过两条横线间的位移差构建曲线,曲线变化幅度的临界点即为裂纹端部的位置;根据临界点位置计算裂纹扩展量,最后测量CTOD并构建阻力曲线。将本文方法与另一种通过DIC测量SENT试样CTOD阻力曲线的方法进行对比,结果表明本文方法经过简便的计算后拟合的阻力曲线效果更好。

晶体塑性疲劳指示因子研究方法综述

金属材料与结构的疲劳失效被视为工程领域的“癌症”,是微观结构逐渐劣化的结果,因此从微观角度准确预测材料与结构的疲劳裂纹萌生就显得极为必要与迫切。基于晶体塑性有限元的疲劳指示因子(Fatigue indicator parameters, FIP)能从微观角度较好地表征剪应变主导的疲劳裂纹驱动力,目前已经形成了累积塑性滑移类、应变能耗散类与多轴疲劳寿命预测准则改进的FIP等。累积塑性滑移类FIP是基于位错滑移与应力集中理论所建立,多个应用案例也表明能较好地描述疲劳驻留滑移带与三叉晶界应力集中等现象,具有形式简单、参数少等优点;应变能耗散类FIP是基于能量理论,不区分载荷模式与裂纹扩展优先方向,在高应变幅或复杂载荷状况下较累积塑性滑移类FIP更可靠;多轴疲劳寿命预测准则改进的FIP主要有基于Fatemi-Socie准则、Dang Van准则与Tanaka-Mura准则等修正的FIP,虽工程应用广泛,但是由于经验模型需要大量试验确定参数且临界平面与位错滑移平面的关系不明。为此,指出研究多轴疲劳损伤的临界平面与晶体塑性的滑移平面的物理一致性、以晶粒旋转数据直接构建晶体塑性FIP模型以及采用模糊数学分析晶体塑性FIP的特性是未来的发展方向,它们对于补充与完善晶体塑性FIP方法具有重要的理论意义与实用价值。