多晶体变形中剪切带形成的晶体塑性有限元模拟

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• 论文作者：吴玉瑞 ; 刘静楠 ; 吴沛东 ; 沈耀
• 年：2016
• 作者机构：上海交通大学材料科学与工程学院金属基复合材料国家重点实验室;Department of Mechanical Engineering,McMaster University;
• 论文关键词：剪切带 ; 晶体塑性有限元方法 ; 织构演化 ; 各向异性
• 会议召开时间：2016-09-27
• 会议录名称：第十四届全国物理力学学术会议缩编文集
• 语种：中文
• 分类号：TB115
• 学会代码：AGLU
• 会议名称：第十四届全国物理力学学术会议
• 会议地点：中国四川绵阳
• 主办单位：中国力学学会物理力学专业委员会
• 学会名称：中国力学学会
• 页数：1
• 文件大小：45k
• 原文格式：O
• 会议级别：全国

摘要

采用晶体塑性有限元方法(Crystal Plasticity Finite Element Method,CPFEM)研究了冷轧AA5182铝合金沿不同方向剪切变形时剪切带的形成概率及特征。对于无缺陷的应变硬化材料,剪切带的形成主要受控于变形中晶格旋转引起的软化效应。当晶格的旋转导致激活滑移系向着易滑移方向旋转时,将产生几何软化,从而形成剪切带。对AA5182铝合金分别沿轧向(RD)、与轧向成20°(RD20)和45°(RD45)以及横向(TD)的模拟结果表明,剪切带的形成具有明显的各向异性,可分为4类:(1)剧烈剪切带的形成,如沿RD45的剪切;(2)剪切带形成后继续变形发生应变反局域化,如沿RD20的剪切;(3)弱剪切带的形成,如沿TD的剪切;(4)均匀变形,无剪切带形成,如沿RD的剪切。对于以上不同的剪切带形成特征,我们比较了具有不同分辨率的模拟方法在预测精度和计算效率上的异同。通过单一单元方法,即假设变形为由一个有限元单元变形表征的均匀变形,计算得到的应力-应变曲线的硬化或软化特征能够快速地预测剪切带的形成概率。进一步减小有限元单元的尺寸和增加模型分辨率至宏观(一个单元代表一个多晶聚集体)、细观(一个单元代表一个晶粒)和微观(一个单元代表晶粒的一部分)尺度,比较3种尺度的模拟结果得到:对于强烈/无剪切带形成的情况,3种尺度的模拟都能预测到与实验相似的结果;而对于弱剪切带形成的情况,只有微观尺度的预测结果与实验结果相似。然而,伴随着模型尺度的降低,计算时间显著增加,相邻尺度的模型计算时间相差约一个数量级。因此,综合考虑计算成本和精度两方面,当需要研究多个样品或多种加载方式下的剪切带形成特征时,我们建议采用单一单元方法与微观尺度方法相结合的两步法进行高效精确的预测。

引文