基于晶体塑性理论的P91钢高温低周疲劳行为与裂纹萌生寿命预测研究 被引量：1

1

作者 李腾飞 李东铭 +3 位作者 陈子光 郁汶山 阚前华 张旭 《力学学报》 北大核心 2025年第5期1160-1173,共14页

P91钢因其在高温环境下的优异性能,被广泛应用于关键结构部件.然而,其循环软化行为和疲劳裂纹的萌生行为尚未得到全面理解,限制了材料的可靠性设计与寿命预测.为此,提出了一种基于物理机制的晶体塑性本构模型,系统考虑了背应力演化、马... P91钢因其在高温环境下的优异性能,被广泛应用于关键结构部件.然而,其循环软化行为和疲劳裂纹的萌生行为尚未得到全面理解,限制了材料的可靠性设计与寿命预测.为此,提出了一种基于物理机制的晶体塑性本构模型,系统考虑了背应力演化、马氏体板条粗化和位错滑移/攀移机制,并对模型进行了有限元实现.模拟结果成功再现了P91钢在高温循环过程中的实验现象,验证了模型的准确性和适用性.研究表明,P91钢在高温下的循环软化行为主要源于马氏体板条粗化和位错密度下降等微观结构的恢复过程,而疲劳裂纹则倾向于在晶界或三晶交汇区域优先萌生.通过累积塑性滑移和累积能量耗散的两种疲劳指标因子(fatigue indicator parameters,FIPs)进行裂纹萌生寿命预测,结果显示,两种FIPs均表现出良好的预测能力,其预测数据点全部分布在二倍误差带内.在高应变幅值条件下,基于累积能量耗散的疲劳寿命预测精度更高,凸显其在高温疲劳行为研究中的应用潜力.本研究为深入揭示P91钢的循环塑性行为及疲劳裂纹萌生规律提供了科学依据,也为高温材料的可靠性设计提供了方法框架. 展开更多

关键词 P91钢 晶体塑性理论 循环软化 马氏体板条粗化 寿命预测

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晶体塑性理论在定向结晶材料与构件上的应用 被引量：2

2

作者 岳珠峰 吕震宙 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第1期64-66,共3页

将晶体塑性理论应用于定向结晶材料与构件分析之中。首先结合试验结果，由单晶体的材料基本常数推得横观各向同性的５个材料参数，进一步研究了晶粒数对这５个参数的影响，并给出其分布规律；其次以一真实叶片为例，给出其在考核工况下... 将晶体塑性理论应用于定向结晶材料与构件分析之中。首先结合试验结果，由单晶体的材料基本常数推得横观各向同性的５个材料参数，进一步研究了晶粒数对这５个参数的影响，并给出其分布规律；其次以一真实叶片为例，给出其在考核工况下的蠕变响应，与试车结果比较，得到晶体塑性理论分析定向结晶结构的合理性。 展开更多

关键词 晶体塑性理论 定向结晶材料 横观各向同性

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基于晶体塑性理论研究铝材料高压高应变率下的强度特性

3

作者 潘昊 王升涛 +1 位作者 吴子辉 胡晓棉 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期39-46,共8页

为了了解金属材料在极端加载下复杂动态响应过程中的多种机制和效应,重点针对Al材料在高压、高应变率加载下的塑性变形机制,在经典晶体塑性模型的基础上,对其中的非线性弹性、位错动力学和硬化形式进行改进,建立适用于高压、高应变率加... 为了了解金属材料在极端加载下复杂动态响应过程中的多种机制和效应,重点针对Al材料在高压、高应变率加载下的塑性变形机制,在经典晶体塑性模型的基础上,对其中的非线性弹性、位错动力学和硬化形式进行改进,建立适用于高压、高应变率加载下的热弹-黏塑性晶体塑性模型。该模型可以较好地描述单晶铝和多晶铝材料屈服强度随压力的变化过程,相比宏观模型,用该模型还获得了多晶Al材料在冲击加载下的织构演化规律,揭示了织构择优取向行为和压力的关系。 展开更多

关键词 晶体塑性理论 高应变率 欧拉弹性方程 织构演化

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晶体塑性变形机理及其数值模拟方法的研究进展 被引量：1

4

作者 赵帅 王素娟 《制造技术与机床》 北大核心 2025年第2期99-107,共9页

对晶体塑性有限元数值模拟的应用状况进行了研究,描述了晶体塑性理论、晶体塑性变形机理、硬化机制等算法。同时关注了电子背散射衍射(electron backscatter diffraction,EBSD)技术在晶体学织构测量与分析中的应用优势,采用衍射图案准... 对晶体塑性有限元数值模拟的应用状况进行了研究,描述了晶体塑性理论、晶体塑性变形机理、硬化机制等算法。同时关注了电子背散射衍射(electron backscatter diffraction,EBSD)技术在晶体学织构测量与分析中的应用优势,采用衍射图案准确掌握晶体结构与取向等信息,为晶体塑性有限元数值模拟提供精确的数据输入。因此,对现有的晶体塑性理论、参数获取方式、衍射图像分析方法进行了总结。目前,晶体塑性有限元数值模拟经过大量的检验,证明了该方法在模拟金属塑性变形机理中的有效性,并广泛应用于探究材料塑性变形机理的研究中。依据系统的晶体塑性有限元数值模拟研究框架开展论述,以期全面了解晶体塑性有限元在加工中的研究进展,为高性能材料设计、优化和实际应用提供新的思路。 展开更多

关键词 电子背散射衍射 塑性变形机理 晶体塑性理论 晶体塑性有限元 晶体织构

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铸态TiZNbVr晶体塑性本构模型的参数分析与参数反演

5

作者 马培源 林玉亮 陈荣 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第5期563-581,共19页

难熔高熵合金因其卓越的力学性能而备受关注,但其细观特征行为对其宏观力学行为的影响尚未被充分理解.随着对材料细观力学行为研究需求的增加,晶体塑性有限元方法已成为揭示晶体材料细观机制的关键工具.由于晶体塑性本构模型包含众多复... 难熔高熵合金因其卓越的力学性能而备受关注,但其细观特征行为对其宏观力学行为的影响尚未被充分理解.随着对材料细观力学行为研究需求的增加,晶体塑性有限元方法已成为揭示晶体材料细观机制的关键工具.由于晶体塑性本构模型包含众多复杂参数,深入分析这些参数对于理解合金的细观力学行为至关重要.研究中采用的晶体塑性本构模型考虑了Peierls应力,这一因素能够反映材料的短程势垒,从而更准确地模拟材料的应变率行为.通过试验设计和极差分析,识别了影响合金力学性能的关键本构参数.单因素分析明确了关键参数对材料力学特性的具体影响.在参数反演方面,提出了一种基于优化设计的参数反演方法,该方法结合支持向量回归法和优化算法,能够有效地从宏观力学测试数据中反演出晶体塑性本构参数.针对铸态TiZrNbV合金,成功反演出一组最优参数,仿真与试验的一致性验证了该方法的有效性.研究为难熔高熵合金的力学行为预测、材料设计以及性能优化提供了有力的支撑. 展开更多

关键词 难熔高熵合金 晶体塑性理论 参数反演 优化设计

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基于晶体塑性有限元法的316LN不锈钢单轴力学行为

6

作者 陈小辉 陈天祥 +1 位作者 朱琳 郎朗 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期843-849,共7页

为了更准确描述316LN不锈钢单轴力学行为,在率相关晶体塑性理论框架下,以Ahmadzadeh-Varvani(A-V)随动硬化准则为基础,构建了多晶循环塑性本构模型.通过程序UMAT将其移植到有限元软件ABAQUS中,并通过Voronoi图建立二维多晶有限元模型;... 为了更准确描述316LN不锈钢单轴力学行为,在率相关晶体塑性理论框架下,以Ahmadzadeh-Varvani(A-V)随动硬化准则为基础,构建了多晶循环塑性本构模型.通过程序UMAT将其移植到有限元软件ABAQUS中,并通过Voronoi图建立二维多晶有限元模型;分别模拟了不同加载率、应变循环和非对称应力循环条件下316LN不锈钢的变形行为.对比模拟结果与实验数据可知:单轴拉伸条件下,两者的应力误差在±0.9%附近波动,最大应力误差仅为1.9%;应变循环条件下,两者的最大应力误差出现在第5圈,拉伸和压缩阶段应力误差分别为11.4%和12.2%,循环稳定后,拉伸和压缩阶段应力误差分别为7.4%和7.9%;应力循环条件下,两者的误差主要体现在滞环宽度上,模拟的滞环面积相对较窄,但滞环演化趋势误差较小. 展开更多

关键词 晶体塑性理论 A-V随动硬化准则 饱和硬化准则 VORONOI图 棘轮效应

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亚微米尺度晶体反常规塑性行为的离散位错研究进展 被引量：13

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作者 庄茁 崔一南 +1 位作者 高原 柳占立 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2011年第6期647-667,共21页

近十年来,随着实验技术的发展,人们对亚微米尺度晶体材料塑性行为的研究和认识不断深入,实验观测到许多由离散位错主导的新的应力-应变现象,它们是基于宏观尺度的经典塑性理论和基于微米尺度的应变梯度塑性理论所无法阐释的.研究者们试... 近十年来,随着实验技术的发展,人们对亚微米尺度晶体材料塑性行为的研究和认识不断深入,实验观测到许多由离散位错主导的新的应力-应变现象,它们是基于宏观尺度的经典塑性理论和基于微米尺度的应变梯度塑性理论所无法阐释的.研究者们试图寻求新的理论模型和计算方法,提出了考虑位错近程相互作用由背应力主导的缺陷能理论和以离散位错动力学为代表的亚微米尺度晶体塑性计算方法,旨在描述位错形核、增殖、匮乏和湮灭,揭示该尺度下塑性流动的机理.本文从实验观测数据、理论分析模型、离散位错动力学及其与之耦合的连续介质力学计算方法等方面,综述了亚微米尺度晶体反常规塑性行为的离散位错研究进展. 展开更多

关键词 亚微米尺度实验 晶体塑性理论 离散位错动力学 有限元 本构关系

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晶体塑性模型在板材成形计算机模拟中的应用 被引量：8

8

作者 董湘怀 仲町英治 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第4期27-30,共4页

阐述晶体塑性理论的基本原理，包括单晶体塑性本构关系，多晶体塑性模型的构造，介绍它在金属成形模拟中的应用概况。在速率相关的晶体塑性模型中引入滑移系活动与否的判断准则，忽略不活动滑移系的贡献，从而在保持计算精度的同时，大... 阐述晶体塑性理论的基本原理，包括单晶体塑性本构关系，多晶体塑性模型的构造，介绍它在金属成形模拟中的应用概况。在速率相关的晶体塑性模型中引入滑移系活动与否的判断准则，忽略不活动滑移系的贡献，从而在保持计算精度的同时，大大减少了本构关系的计算时间。采用动力显式有限元方法和多晶体塑性模型模拟铝板的LDH试验过程，考察板材的织构对其成形性能的影响。 展开更多

关键词 板材成形 晶体塑性理论 计算机模拟 织构 金属学

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CR340 TRB的晶体塑性有限元模拟及参数标定 被引量：3

9

作者 付秀娟 赵严 +1 位作者 杨帅 于歌 《热加工工艺》 北大核心 2019年第23期93-96,共4页

基于Voronoi图形方法生成了随机晶粒形状的二维多晶体几何模型。同时将轧制差厚板的晶体塑性本构模型通过用户子程序嵌入到分析软件Abaqus中,进行单向拉伸模拟。结合晶体塑性理论和有限元数值模拟,采用控制变量法研究了参考剪切应变率... 基于Voronoi图形方法生成了随机晶粒形状的二维多晶体几何模型。同时将轧制差厚板的晶体塑性本构模型通过用户子程序嵌入到分析软件Abaqus中,进行单向拉伸模拟。结合晶体塑性理论和有限元数值模拟,采用控制变量法研究了参考剪切应变率、应变率敏感指数、初始硬化模量、饱和流动应力、初始临界分剪切应力对模拟结果的影响,通过拉伸试验和模拟得到应力应变曲线,确定了轧制差厚板晶体本构方程的各项参数。 展开更多

关键词 VORONOI图 轧制差厚板 晶体塑性理论 材料参数

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钛合金加工表面晶体塑性模拟和分析 被引量：2

10

作者 庞记明 赵军 +1 位作者 李安海 臧健 《机械设计与制造》 北大核心 2018年第4期159-161,共3页

基于晶体塑性理论对TC4钛合金正交切削加工表面进行了织构的模拟仿真和分析。建立了TC4钛合金切削有限元仿真模型,通过正交切削实验中切屑形态特征和切削力验证了仿真模型的合理性和可靠性。采用所建立的仿真模型提取并分析了钛合金切... 基于晶体塑性理论对TC4钛合金正交切削加工表面进行了织构的模拟仿真和分析。建立了TC4钛合金切削有限元仿真模型,通过正交切削实验中切屑形态特征和切削力验证了仿真模型的合理性和可靠性。采用所建立的仿真模型提取并分析了钛合金切削加工表面剪切塑性应变和应变率随时间的变化规律,并利用Taylor多晶体模型以及Voce硬化模型对加工表面织构进行了模拟,获得了极图和ODF图。对图像进行分析后结果表明,切削加工表面出现了典型的柱面织构和剪切织构。 展开更多

关键词 晶体塑性理论 TC4钛合金 加工表面 剪切应变 仿真 剪切织构

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晶体取向对镍基单晶DD6合金蠕变性能的影响 被引量：2

11

作者 贺鹏飞 吴宸 张诚江 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期1307-1317,共11页

针对航空发动机镍基单晶涡轮叶片高温服役下蠕变寿命的取向敏感性难题,开展了DD6单晶合金[001]、[011]与[111]3种典型取向在980oC下的蠕变试验,获得了服役温度下单晶合金的蠕变寿命、伸长率,均为[111]取向>[001]取向>[011]取向;... 针对航空发动机镍基单晶涡轮叶片高温服役下蠕变寿命的取向敏感性难题,开展了DD6单晶合金[001]、[011]与[111]3种典型取向在980oC下的蠕变试验,获得了服役温度下单晶合金的蠕变寿命、伸长率,均为[111]取向>[001]取向>[011]取向;通过对蠕变过程中微观组织演化以及蠕变断裂后断口形貌进行分析,揭示了不同取向下单晶合金的蠕变失效机理;基于晶体塑性理论,建立了DD6单晶考虑取向敏感性的粘塑性本构及损伤方程,能够较好地拟合不同晶体取向单晶的蠕变过程,为单晶叶片的强度分析与寿命预测提供参考。 展开更多

关键词 镍基单晶 蠕变 晶体取向 晶体塑性理论 黏塑性本构方程

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TiAl金属间化合物材料本构模型的研究进展 被引量：4

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作者 张宏建 温卫东 崔海涛 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2013年第7期1-5,63,共6页

从宏观唯象方面和微细观方面系统地介绍了国内外对TiAl金属间化合物材料本构模型的研究进展。在宏观唯象方面,主要介绍了Arrhenius方程和Zener-Hollomon参数在描述TiAl金属间化合物高温流变行为方面的应用,以及Z-A模型在描述TiAl金属间... 从宏观唯象方面和微细观方面系统地介绍了国内外对TiAl金属间化合物材料本构模型的研究进展。在宏观唯象方面,主要介绍了Arrhenius方程和Zener-Hollomon参数在描述TiAl金属间化合物高温流变行为方面的应用,以及Z-A模型在描述TiAl金属间化合物在高温、高应变速率下流变行为方面的应用;在微细观方面,主要介绍了国内外基于TiAl金属间化合物的微细观结构特征和变形机理等,以及运用晶体塑性理论和有限元分析建立的微细观预测模拟模型。 展开更多

关键词 TIAL金属间化合物 多孪晶合成(PST)晶体合金 本构模型 晶体塑性理论 ARRHENIUS 方程

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组构数值模拟的原理及其在地学中的应用 被引量：2

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作者 聂冠军 单业华 +1 位作者 田野 乔彦波 《大地构造与成矿学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期56-68,共13页

组构是指由岩石塑性变形导致多晶体的结晶学优势取向现象。组构的存在会增加岩石的各向异性,进而可能影响到岩石的后续变形。岩石组构包含了变形类型、运动学、变形环境、流变学特征等信息,因而成为显微构造学的重要内容。组构数值模拟... 组构是指由岩石塑性变形导致多晶体的结晶学优势取向现象。组构的存在会增加岩石的各向异性,进而可能影响到岩石的后续变形。岩石组构包含了变形类型、运动学、变形环境、流变学特征等信息,因而成为显微构造学的重要内容。组构数值模拟是近年来得到重视的一种组构研究方法,它以晶体塑性理论为基础,利用计算机技术定量地模拟多晶岩石中组构的形成和演化。在晶体塑性理论中,晶体的塑性变形是由滑移系的剪切滑动导致的,由单晶塑性本构关系表征。多晶均匀化模型包括Sachs模型、Taylor模型、自洽模型和有限元模型,它们从不同角度描述了由单晶变形组成的多晶体变形。极图、反极图和取向分布函数被用来显示多晶体中各晶粒的空间取向。目前组构数值模拟在地学中的应用主要体现在各种单相和多相岩石的组构形成、重结晶作用下的组构形成、组构对地幔和地核地震波波速各向异性的影响等方面。 展开更多

关键词 岩石组构 模拟 原理 晶体塑性理论 各向异性

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多晶拉伸试样表面各晶粒滑移带研究 被引量：1

14

作者 石艳柯 张庆华 张克实 《华北水利水电学院学报》 2012年第2期31-34,共4页

采用建立在晶体塑性理论基础上的晶体塑性有限变形计算方法,针对多晶铜试样单轴拉伸过程中晶体滑移造成试样的滑移痕迹进行了数值研究,并对拉伸过程中材料内部的应力、应变的不均匀分布进行了初步统计分析.利用三维有限元模拟多晶铜试... 采用建立在晶体塑性理论基础上的晶体塑性有限变形计算方法,针对多晶铜试样单轴拉伸过程中晶体滑移造成试样的滑移痕迹进行了数值研究,并对拉伸过程中材料内部的应力、应变的不均匀分布进行了初步统计分析.利用三维有限元模拟多晶铜试样的拉伸变形,通过晶体塑性滑移面与试样观察面交线的几何分析,得到了不同滑移系启动造成的多晶试样观察面滑移痕迹.所得结果表明,将建立在连续滑移描述基础上的晶体塑性理论运用于数值模拟,能够较合理地呈现多晶试样拉伸的表面滑移带痕迹,能够考虑材料内部结构不均匀而引起的宏观响应. 展开更多

关键词 晶体塑性理论 滑移带痕迹 不均匀 数值模拟

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气膜孔倾角角度对单晶高温合金疲劳性能的影响 被引量：5

15

作者 张冬旭 何金洋 +2 位作者 温志勋 刘路 梁建伟 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期192-199,共8页

为了研究气膜孔倾角角度对单晶高温合金疲劳性能的影响,设计倾角30°,45°,90°的14孔平板试样进行了同等应力水平下的高温疲劳试验,并对断裂后失效试件进行断口分析。基于晶体塑性理论,对不同倾角气膜孔平板件进行数值计算... 为了研究气膜孔倾角角度对单晶高温合金疲劳性能的影响,设计倾角30°,45°,90°的14孔平板试样进行了同等应力水平下的高温疲劳试验,并对断裂后失效试件进行断口分析。基于晶体塑性理论,对不同倾角气膜孔平板件进行数值计算,分析孔边局部应力及损伤演化。结果表明,气膜孔倾角角度对疲劳性能影响显著,疲劳寿命90°>30°>45°,且45°倾角气膜孔孔边裂纹数明显多于其他两种。数值模拟显示,90°孔每个循环累积的应变相对较小,30°斜孔次之,45°斜孔最大,且45°斜孔和30°斜孔的棘轮应变累积速率明显高于直孔,30°斜孔的损伤和直孔的损伤较为接近,45°斜孔的损伤最大,数值分析与实验结果相一致。 展开更多

关键词 气膜孔 倾角角度 疲劳寿命 晶体塑性理论 单晶高温合金

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钛合金加工过程中晶粒尺寸的模拟与分析 被引量：4

16

作者 钟鑫 赵军 +1 位作者 王银涛 庞记明 《工具技术》 2018年第3期10-14,共5页

基于晶体重结晶理论对TC4加工过程中晶粒细化进行模拟和分析。利用ABAQUS建立了TC4正交切削有限元模型,并通过正交切削试验获得的切削形态和切削力对仿真模型的可靠性进行了验证。利用JMAK模型,借助Fortran语言和Microsoft Visual编程... 基于晶体重结晶理论对TC4加工过程中晶粒细化进行模拟和分析。利用ABAQUS建立了TC4正交切削有限元模型,并通过正交切削试验获得的切削形态和切削力对仿真模型的可靠性进行了验证。利用JMAK模型,借助Fortran语言和Microsoft Visual编程环境编写晶粒细化子程序(Vumat)。通过ABAQUS提供的用户子程序接口,将程序嵌入到正交切削模型中对TC4加工过程中晶粒细化进行了模拟。结果表明:切屑晶粒细化主要发生在剪切区和第二变形区,剪切区晶粒细化程度大于第二变形区;已加工表面晶粒细化层深度小于塑性变形层深度和温度影响层深度;塑性变形和切削温度对晶粒细化均有影响,塑性变形对晶粒细化起主要作用。 展开更多

关键词 晶粒细化 TC4钛合金 ABAQUS子程序 仿真 晶体塑性理论

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