金屬材料通過結(jié)晶形成,其在諸多工程領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用。由于復(fù)雜結(jié)晶方式導(dǎo)致不同晶核控制生成的晶體有一定差異,故又稱為多晶材料。多晶材料的復(fù)雜結(jié)晶方式也使其在微觀尺度上呈現(xiàn)出較強(qiáng)的幾何不規(guī)則性和復(fù)雜的變形機(jī)制,進(jìn)而使得其宏觀力學(xué)響應(yīng)受到諸多因素如結(jié)晶幾何形狀、晶格方向和滑移系統(tǒng)等的影響。本文針對(duì)汽車制造業(yè)中應(yīng)用最廣泛的鐵素體鋼,對(duì)其多晶微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了幾何建模和材料建模,并采用有限元方法對(duì)該微觀結(jié)構(gòu)在有限變形下的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了模擬和分析。論文的主要工作如下:首先,考慮到基于本文工作將要在后續(xù)開展的多晶金屬材料的均化研究,本文采用具備完善均化模塊的FEAP對(duì)材料進(jìn)行了有限元模擬和分析。通過FEAP的集成和開發(fā)方法,實(shí)現(xiàn)了St.Venant Kirchhoff晶體模型和晶體彈塑性模型用戶子程序的二次開發(fā)和基于FEAP有限元分析平臺(tái)的集成與創(chuàng)建,進(jìn)一步構(gòu)建出表征立方晶系和剪切滑移變形機(jī)制的材料響應(yīng)模型。此外,還實(shí)現(xiàn)了基于FEAP的ParaView可視化文件輸出的二次開發(fā),解決了后處理操作時(shí)的堆棧溢出問題。其次,為了準(zhǔn)確的構(gòu)建出金屬材料的多晶微觀結(jié)構(gòu)幾何模型,本文先基于Voronoi圖拓?fù)?.. 

【文章來源】：西安電子科技大學(xué)陜西省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

光學(xué)顯微鏡下的多晶鉛(左)和Cu60Zn40合金(右)

第一章 緒 論形并被之后的學(xué)者 Schmid 引用，從而提出了著名的 Schmid 個(gè)通過原子周期性排列方式形成的結(jié)晶質(zhì)固體，其規(guī)律且不斷晶格，這種原子構(gòu)成的三維點(diǎn)陣的周期性結(jié)構(gòu)取決于材料本身具有周期性的排列方式，因此可以取一個(gè)最小的晶體單元去描單元稱之為晶胞，如圖 1.2(a)所示。每個(gè)晶胞都具有兩個(gè)物理兩個(gè)物理當(dāng)量稱之為晶胞的晶格常數(shù)。圖 1.2(b)展示了初始狀的胞元，它具有 6 個(gè)晶格常數(shù)：3 個(gè)原子間的距離常數(shù)a,b,于最一般的情況即三斜晶格，這六個(gè)常數(shù)之間各不相同。

(a) 在晶格化合物中的晶胞 (b) 僅頂點(diǎn)處存在原子的胞元圖 1.2 晶格單元常見的三種晶體結(jié)構(gòu)即 FCC 結(jié)構(gòu)、BCC 結(jié)構(gòu)和 HCP 結(jié)構(gòu)，這 3 種結(jié)構(gòu)的示意圖如圖 1.3 所示。對(duì)于 FCC 結(jié)構(gòu)，其晶格長度相同，晶格角度均為 90 度，如圖 1.3(a)所示，原子排列在這個(gè)立方模型 8 個(gè)頂點(diǎn)和其 6 個(gè)面的中心上，該模型常見的材料有金、銀、銅、鋁等；圖 1.3(b)給出了 BCC 結(jié)構(gòu)的晶格模型，它同 FCC 結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)相同，但其原子排列方式是在立方模型的 8 個(gè)頂點(diǎn)和體心上，通過這種方式結(jié)晶的金屬有α鐵、鎢等。圖 1.3(c)為 HCP 結(jié)構(gòu)的晶格模型，其上下基面為正六邊形，基面之間的距離并不是一個(gè)特定的值，對(duì)于 HCP 滑移平面的確定，這些基面間的比率是一個(gè)重要的衡量參數(shù)，通過 HCP 結(jié)晶而成的金屬主要有鋅、鎘、鎂等。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]FCC金屬冷加工織構(gòu)演變的晶體塑性有限元模擬[D]. 司良英.東北大學(xué) 2009

碩士論文
[1]基于晶體塑形有限元的純鋁變形行為研究[D]. 王琦.太原科技大學(xué) 2014



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