多晶体材料微观组织三维有限元建模方法

在总结分析现有多晶体材料微观组织三维有限元建模方法的基础上,提出了一种考虑真实晶粒与晶界形态的三维有限元建模方法,并以IMI834钛合金为例给出了详细的建模过程。通过连续切片方法与图像数值化方法构建了钛合金真实组织的三维有限元模型,并基于共用结点识别法生成了具有一定几何厚度的晶界单元,进而实现了IMI834钛合金真实组织及晶界形貌的高效表达。对获得的三维有限元模型赋予真实的晶粒取向,并通过施加边界条件实现了多晶体材料变形的仿真预测。可以发现,该多晶体材料微观组织三维有限元建模方法在模拟预测多晶体材料不均匀变形以及晶界损伤等方面具有适用性。

多晶体材料的晶界强化模型研究

近几十年来,材料的细晶强化研究大量开展。在一般晶粒尺寸范围内,材料的强度随晶粒尺寸的变化是符合Hall-Petch关系的,但在纳米晶体材料中出现了偏离甚至反Hall-Petch关系的现象,因此Hall-Petch关系的使用具有一定的局限性。文章从塑性变形理论出发,建立了晶界强化数学模型,通过该模型,研究了晶粒大小、晶界厚度及晶界体积百分数、晶界能、弹性模量与多晶体材料强度的关系,发现除了晶粒大小及晶界厚度影响材料强度之外,弹性模量、晶界能越大,多晶体材料的强度越高。

ABAQUS前处理程序二次开发在多晶体材料微结构建模中的应用

虚拟失效分析是联系材料的性能设计与材料微结构失效行为预测的有效方法。文章使用ABAQUS脚本语言开发了一系列程序,用于建立多晶体材料微结构的几何模型和有限元计算网格,解决了包含大量晶粒、几何模型很复杂的多晶体材料微结构建模时的繁琐重复的问题。为材料微结构虚拟失效分析奠定了坚实的基础。

GUI在多晶体材料微结构设计中的应用

ABAQUS CAE包含了一个默认的GUI操作界面,为生成ABAQUS模型、交互式地提交和监控ABAQUS作业以及评估ABAQUS模拟的结果提供了一个风格简明、一致的用户界面。通过使用二次开发接口Kernel scripts和GUIscripts,设计自定制化的GUI,不仅能够优化产品的性能,使操作更人性化,减轻使用者的认知负担,使其更适合用户的操作需求;而且可以扩充ABAQUS的前后处理的功能和分析研发能力。

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。

多晶体材料微结构仿真与数值计算

根据Laguerre图几何结构和拓扑形貌上的特征,同时引入多晶体材料微观组织结构的各向异性行为,实现了多种不同类型多晶体材料微观组织结构的表征。通过集成自主开发的Laguerre图构造程序和对商业有限元软件ABAQUS二次开发的脚本程序,开发了一套适用于材料微结构数值模拟的基础性平台软件VirtualTPS。最后,利用软件对多晶体材料微结构代表性体积单元的细观力学响应进行了数值计算与分析。

多晶体材料微观组织结构的计算机重构

介绍了用于多晶体材料微观组织结构重构的程序的算法。程序依据多晶体材料的电子背散射衍射(EBSD)分析所得数据,完成了多晶体材料微观组织结构的计算机重构,实现了多晶体材料微观组织的可视化,为采用数值化技术对多晶体材料微观组织结构进行定量分析创造了条件。

多晶体材料二维微观组织结构的计算机重构

介绍了用于多晶体材料微观组织结构重构的软件MSCopier(二维版)的设计思想.该软件能够对多晶体材料各个晶粒的几何形状进行识别,并运用了多边形裁剪算法,可将实际晶粒的几何形状处理成对应的凸多边形,完成了多晶体材料的微观组织结构的计算机重构,实现了多晶体材料微观组织的可视化,成功地实现了多晶体材料二维微观组织结构的计算机重构,为采用数值化技术对多晶体集合进行定量分析创造了条件.

多晶体材料三维微结构有限元分析的后处理

用于多晶体材料微结构有限元分析的后处理软件FEPost-processing(三维版)的设计思想.该软件以Voronoi算法生成的数字材料为对象,以有限元分析软件ABAQUS为计算平台,对以节点为单元输出的数据库,运用了适当的算法过渡到以单元为基础的数据库形式,判断各个单元所归属的晶粒而后在晶粒内部对单元信息采用体积加权平均的处理方法,从而在细观尺度上完成了对加载后材料的内部场变量的定量分析,并实现了结果的可视化.

高硬度多晶体材料的物理机械性能

尽管对陶瓷材料的结构性能和物理机械性能进行了大量研究,许多陶瓷材料的性能,特别是低密度材料的性能仍未得到研究。这些材料用于作复合式有机陶瓷保护层的组成部分;近年来对此类材料的兴趣日益提高。

具有立方晶系结构的多晶体材料的弹性常数——Y弹性常数

提出了一个新的物理参量"Y弹性常数",并阐述了其物理含义.并将其应用于具有立方晶系结构的多晶体材料,推导了立方晶系结构的多晶体材料的Y弹性常数,通过算例与具有立方晶系结构的多晶体材料的X射线弹性常数进行了比较.运用这个Y弹性常数进一步推导出的多晶体材料整体的机械弹性常数的表达式与Krner的研究结果完全符合.

具有六方晶系结构的多晶体材料弹性常数——Y弹性常数

利用最近提出的新的物理参量——Y弹性常数,将其应用于具有六方晶系结构的多晶体材料.推导了六方晶系结构的多晶体材料之Y弹性常数,通过算例与具有六方晶系结构的多晶体材料之X射线弹性常数进行了比较.运用这个Y弹性常数进一步推导出的多晶体材料整体之机械弹性常数的表达式与Kneer的研究结果中的表达式虽然形式不同,但针对具体材料所计算的结果却完全符合.

多晶体纳米切削的分子动力学仿真研究

分子动力学方法是探索纳米级机械加工机理的有力工具。这里运用分子动力学方法对人工构造的多晶体材料———多晶硅的纳米切削进行了三维仿真,采用了最适用于碳族材料的Tersoff势函数来描述工件上的硅原子、刀具上的碳原子及他们之间的相互作用。材料模型中包含了点缺陷、线缺陷、不同晶向及晶界等在多晶体材料中出现频繁的典型结构。通过对结果的分析,使我们对多晶体的纳米切削机理有了新的认识。

六角晶粒各向异性多晶体弹性本构关系的一般形式

金属多晶体材料是大量微小立方晶粒或六角晶粒的集合体,晶格结构的各向异性导致晶粒弹性性质的各向异性,也使得六角晶粒多晶体的弹性性质与晶粒取向分布有关。多晶体的晶粒取向分布可由取向分布函数(ODF)描述,ODF在Wigner D-函数基下展开成级数形式,其展开系数为织构系数。基于Voigt模型和Reuss模型,Li和Thompson(1990)推导出六角晶粒正交集合的弹性本构关系。Man(1998)利用代数方法给出了立方晶粒正交集合本构关系的一般形式。本文利用Clebsch-Gordan表达式推导出六角晶粒各向异性多晶体的弹性本构关系,其结果适用于六角晶粒各向异性集合体,它不依赖于任何物理模型,为六角晶粒各向异性多晶体弹性本构关系的一般形式。

基于深度学习和区域感知的多晶体显微组织图像分割方法

材料微观组织结构表征是成分-工艺-组织-性能内禀关系研究中的重要环节。通常采用图像技术对材料显微组织图像进行处理和分析是获取材料微观组织结构特征的主要途径。本文针对材料组织图像分割任务,提出了一种基于深度学习和区域感知的图像分割方法。通过将形状信息作为约束条件引入深度学习的损失函数中,驱使网络在训练过程中更加关注分割目标的形状特征,提升准确度。实验结果表明,本文提出的加权损失函数在4种基线模型上的性能均超过9种经典的损失函数加权方法。

多晶织构材料中激光超声表面波传播特性研究

采用瞬态热栅激发（Impulsive Stimulated Thermal Scattering或ISTS）声表面波技术对钢板上的超声表面波速度色散性进行了研究。实验结果表明：金属多晶体材料的织构会对超声表面波速度的各向异性产生影响,不同的织构类型会对超声表面波速度的色散性影响不同。{100}织构使得声表面波速度较高但是波动性较小,{111}织构使得声表面波速度较低波动性较小,{112}和{332}织构使得声表面波最高速度较高,最低速度较低,速度波动性较大。研究表明：通过对所检测到的超声表面波速度色散性分析反演金属多晶体材料的不同织构类型是可行的,这也给采用激光超声技术对多晶体材料性质的实时无损测定提供了可能性。

晶粒数量对多晶集合体初始各向异性的影响

Taylor类多晶晶体粘塑性模型被用于研究晶粒数量对随机分布多晶体拉伸塑性各向异性的影响。分别沿包含不同晶粒数量的多晶集合体的各方向进行单向拉伸数值模拟实验,得到多晶集合体各方向在一定等效应变下的等效应力,并用云图和等高线表示在多晶体的参考球面上。定义了描述多晶集合体各向异性程度的参考指标。讨论了三种确定晶体随机取向的方法。计算结果表明:晶粒数量有限的多晶集合体的应力应变响应仍有一定的各向异性,且随着晶粒数量增多,多晶集合体的各向异性程度降低;就所包含晶粒数相同的多晶集合体来说,在确定晶粒随机取向时,选取不同的方法对它的各向异性程度也有一定的影响。

硬化模型对多晶变形织构预测的影响

基于变形梯度乘法分解 ,推导了延性单晶材料的弹性变形梯度演化方程 ,利用晶体弹粘塑性本构关系的和Taylor多晶假设 ,以面心立方晶体铝。

镁合金超塑性研究

对镁合金超塑性的研究进展进行回顾,总结该研究领域的主要研究成果,分析该领域研究中尚存在的一些问题,就今后的研究课题及发展方向进行展望.

基于图像处理的改进多晶模型分割方法

针对在有限元仿真中建立金属微观结构几何模型的问题,提出了一种基于对金相图图像处理的分割方法,包括改进的■多边形模型和以晶界分布为参考的模型,并以厚度为50 mm的7050-T7451铝合金轧板表面的金相图为例给出了详细的图像处理及建模过程。