多晶体材料加工的细观塑性有限元模拟

发布时间：2017-03-21 03:05

  本文关键词：多晶体材料加工的细观塑性有限元模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：一般工程中,基于统计意义下连续、均匀和各向同性的假设是对多晶体材料进行力学分析的前提。这种假设一般由宏观材料实验所建立,通常情况下能满足工程的强度设计和应用的需要。然而,当涉及到材料的大变形塑性变形、疲劳损伤与破坏等与材料的细观或微观机理相关的问题时,细观尺度下考虑塑性变形各向异性的细观塑性分析理论的引入可以让人们更好的认识多晶材料的细观塑性变形行为对材料加工过程和产品质量的影响。因而,具有实际的工程和理论意义。 本文对细观尺度下多晶材料的各向异性大变形塑性变形有限元分析进行了探索性的研究。论文的主要工作和结果如下： (1)在对已发表的晶体塑性本构关系及其数值化原理进行研究的基础上,用FORTRAN语言编写了ABAQUS用户自定义材料子程序(STAND ARD/UMAT),并对其进行调试和应用于多晶体材料拉伸与轧制的有限元分析。模拟结果表明,该晶体塑性本构模型可以有效地描述多晶体材料变形的各向异性行为； (2)基于Voronoi图的几何原理,采用Matlab与Python进行了混合编程的二次开发,在ABAQUS平台上实现了二维和三维的多晶体材料的精确和近似简化模型的CAD。与实验结果比较表明,Voronoi多晶模型能较好的描述多晶体的整体外形及内部晶粒的形状,因而是建立多晶模型的有效方法； (3)通过对多晶模型的拉伸有限元模拟比较了多晶体精确与简化模型各自的优缺点,并探讨了晶粒数量和网格划分对模拟精度的影响。结果表明,精确模型在描述力方面有一定优势,而简化模型的计算开销小。在模拟精度方面,采用包含100个左右晶粒的多晶体模型,其中每个晶粒由100-200个单元组成,可以比较准确的描述多晶体内各晶粒的复杂变形； (4)基于多晶体精确模型对不同初始取向的多晶纯铜试样进行轧制模拟,研究了多晶纯铜轧制后内部晶粒的变化规律。结果表明,纯铜多晶体内部晶粒的初始取向与分布对轧制变形过程演变有重要影响；轧制后,在晶粒边界处应力、应变有急剧变化。在轧制过程中多晶体内部的晶粒边界处较易进入塑性,并由于塑性变形的不均匀性造成晶粒的旋转,这与试验结果相符。模拟结果给出了轧制过程中材料内部变形的演化过程,可为实际金属材料塑性加工工艺的分析和改进提供参考。
【关键词】：Voronoi多晶体 各向异性 晶体塑性有限元 二次开发 细观尺度
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG113.253
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 塑性变形及其有限元模拟11-17
• 1.2.1 塑性变形研究的空间尺度11-12
• 1.2.2 有限元法发展现状12-13
• 1.2.3 晶体塑性理论的发展13-15
• 1.2.4 晶体塑性有限元研究现状15-17
• 1.3 本文的研究内容与工作17-19
• 第二章 晶体塑性理论及其在ABAQUS中的实现19-34
• 2.1 晶体学基础19-22
• 2.1.1 晶体结构与空间点阵19-20
• 2.1.2 晶向与晶面的表示20-21
• 2.1.3 晶体取向的定义及表达方法21-22
• 2.2 晶体塑性变形本质22-25
• 2.2.1 单晶体的塑性变形22-23
• 2.2.2 多晶体的塑性变形23-25
• 2.3 晶体塑性力学本构理论25-30
• 2.3.1 运动学方程25-27
• 2.3.2 本构方程27-30
• 2.4 晶体塑性本构理论在ABAQUS中的实现30-33
• 2.4.1 ABAQUS/UMAT用户材料子程序接口30-31
• 2.4.2 率相关晶体塑性本构模型的数值求解31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 基于Voronoi图的多晶体材料细观有限元建模34-51
• 3.1 Voronoi图基本原理35-36
• 3.2 Python语言简介36
• 3.3 ABAQUS的二次开发接口36-37
• 3.4 多晶体细观精确有限元模型建模37-44
• 3.4.1 二维精确有限元模型的建立38-40
• 3.4.2 三维精确有限元模型的建立40-44
• 3.5 多晶体细观简化有限元模型建模44-46
• 3.6 ABAQUS中基于Python脚本的自动前处理46-49
• 3.6.1 随机材料取向的赋予46
• 3.6.2 边界条件和载荷的加载46-49
• 3.7 相似多晶体精确模型与简化模型的建立49-50
• 3.8 本章小结50-51
• 第四章 影响模拟精度的主要因素分析51-63
• 4.1 多晶体精确与简化有限元模型对比分析51-56
• 4.2 晶粒数目的影响56-59
• 4.3 网格疏密的影响59-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第五章 多晶体轧制有限元模拟63-73
• 5.1 二维多晶体模型轧制有限元模拟63-67
• 5.2 三维多晶体模型轧制有限元模拟67-72
• 5.3 本章小结72-73
• 第六章 结论与展望73-75
• 6.1 结论73
• 6.2 展望73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-80
• 附录 攻读硕士学位期间发表论文80-82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张丰果;董湘怀;;微塑性成形模拟材料细观建模[J];模具技术;2011年03期

  本文关键词：多晶体材料加工的细观塑性有限元模拟，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：258908