面心立方金属多晶材料循环变形行为模拟
时间:2019-01-06 11:36 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 摘要棘轮效应是材料和结构在非对称应力控制循环载荷下产生的一种塑性应变的累积现象。棘轮变形具有较为严重的危害性，有可能导致构件变形超限而因此导致构件寿命减少或无法正常工作，为工程使用过程中带来巨大隐患，是构件设计和研究过程中需要着重考虑的严峻问题。近 30年来，国内外众多学者已经对棘轮效应进行了广泛的理论描述和实验研究，但仍然存在不足，所建立的本构模型具有各自的局限性，不能对棘轮效应全方面合理的描述和预测，仍需大力发展。本文在循环变形的宏观实验结果和微观理论研究的基础上，通过引入变形的位错机制，改进并发展了一个新的晶体塑性循环本构模型，对316L不锈钢的棘轮行为进行了模拟和预测。同时，该模型的单晶形式能合理预测316L 不锈钢在单晶层次上的棘轮行为，反映棘轮行为单晶层次上晶体取向和应力水平的依赖性。 32316 毕业论文关键词 棘轮 循环加载 非比例 晶体塑性 316L不锈钢 Title Stimulation of cyclic deformation of polycrystalmetals with face-centeredcubic crystal structure Abstract Ratchetting is a cyclic accumulation of ineslatic deformation occurred in engineering materials and structures subjected to astmmetrical stress-controlled cyclic loading.Ratchetting can be damaging,can make the deformation of structure components exceed the designed limitation and shorten the fatigue life of engineering components.It’s necessary for researchers to work out.In the last three decades,theratcheting of polycrystal metals has been widely studied by a lot of researchers.However,most of the existing models all have their limitations and can’t provide a reasonable prediction to the ratcheting.Based on the obtained micro-mechanism of ratchetting ,in the framework of crystal plasticity,a dislocation-based cyclic polycrystalline visco-plastic constitutive model is constructed to describe the ratchetting of the metals with cubic crystal structure.Also,the dependence of the intra-granular ratchetting on the crystallographic orientation of grains and stress level can be also reasonably described by this model. Keywords ratchetting;cyclic loading;non-proportional;crystal plasticity;316Lstainless steel. 目次 1绪论1 1.1研究意义1 1.2研究现状2 1.3现有研究工作的不足6 2模型框架8 2.1循环粘塑本构模型8 3316L不锈钢单轴棘轮行为的实验研究12 3.1面心立方晶体的滑移系和参数12 3.2单轴棘轮行为的模拟和预测13 3.3单晶尺度棘轮行为的预测18 致谢21 参考文献22 1 绪论 1.1 研究意义 航天、化工以及车辆运输领域，许多构件都是在循环交变加载条件下进行工作的，其响应和形变非常复杂。要对其安全性和可靠性进行合理的评估，就需要借助材料在复杂加载条件下相应的本构关系描述。 材料在非对称应力控制循环加载条件下非弹性变形的累积又称为循环蠕变或棘轮变形，如 1-1。材料受到拉伸或压缩时，如果力大于材料的屈服强度，那么材料就会发生塑性变形，。外力卸载并反向加载，材料先是沿弹性恢复继而发生反向变形，如果反向加载的载荷小于初始加载的载荷，那么材料反向变形就会小于初始变形，从而产生了残余应变，如此反复，形成了棘轮效应。虽然每个循环中构件所增加的塑性变形量可能很小，但随着循环次数的增加，累积的变形量可能很大甚至影响构件的正常工作和安全性，因此，在设计承受循环载荷的构件时，棘轮效应是必须考虑的一个重要问题，例如钢轨，核反应堆和发动机部分构件等等。一些国外的先进的设计规范，如美国规范 ASME Code SectionⅢ ，德国规范 KTA 和法国规范RCC-MR[3]均要求在设计结构或构件时对其产生的棘轮效应进行合理的分析和考虑。棘轮效应是一种二次变形的循环累积，对棘轮应变进行预测是十分困难的，并且棘轮效应不能直接由建立在应变循环实验基础上的经典本构模型来描述。在固体力学领域，循环本构关系的研究是比较传统的研究方向，目前，一些简单循环加载条件下材料的变形行为已经有了许多成熟的理论模型，但对于复杂加载条件下材料的循环本构关系仍是固体力学领域的难点和热点之一，特别是平均应力不为零的应力控制循环中产生的棘轮行为的本构描述。构件的棘轮问题给安全设计带来了严峻的挑战。 近几十年来，众多学者已经对材料的棘轮行为进行了广泛的研究，在材料的行为预测和循环本构模型的建立方面已经有了较大的进展。然而，由于缺乏棘轮行为微观机理的相关研究，现有的模型都只是对棘轮行为的宏观实验观察和本构研究，存在其局限性。不能全面合理的对棘轮行为进行本构描述，可见，该领域的研究仍需继续发展。综上，目前的棘轮行为研究仍有许多重要问题需要解决，有必要对材料棘轮变形的微观机理进行深入有效的研究，进而建立基于微观机理基础上的本构模型，提高对棘轮行为的预测能力。 (责任编辑：qin) |