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梯度纳米结构TWIP钢的晶体塑性
有限
元分析
强度和韧性的“倒置关系”是材料研究领域长期存在的难题。大量的实验表明,随着金属材料内部晶粒尺寸的降低,在强度获得提升的同时,韧性将大打折扣。目前,广泛采用的高强材料韧化策略有:(1)改变组分,通过引入和调整材料的多种主要元素,同时激活多种塑性变形机制,高熵合金材料就是采用这种思路;(2)改变微结构,在材料内部引入一种或多种梯度分布的微结构,避免由于特征长度突变带来的性能突变,有效克服金属材料强度和韧性的失配问题,这种材料被称为梯度纳米结构材料。 图1 梯度结构金属材料的类型(摘自:李毅,梯度结构金属材料研究进展,中国材料进展,2016, 35: 658-665)人工制备的梯度纳米金属结构主要包括以下几种:梯度晶粒,梯度位错,梯度孪晶,梯度固溶物,梯度相,以及包含两种以上的梯度混合结构。在已经发展成熟的金属材料内部引入梯度纳米结构,可以进一步提高其强韧性匹配能力。例如,通过表面研磨处理(SMAT)在孪晶诱发塑性(TWIP)钢表面引入大量的塑性变形,使其表面晶粒细化,随着深度的增加,晶粒细化的程度逐渐降低,同时塑性变形也会导致位错演化和孪晶的产生,因此在TWIP钢内部形成了包含梯度晶粒,梯度位错和梯度孪晶的梯度混合结构。这种梯度纳米结构TWIP钢的强度可以提升50%,断裂应变仅从60%下降到52%,具有更高的强韧性匹配能力。目前,关于梯度纳米结构TWIP钢的研究集中于实验,反映物理机制的本构模型研究还鲜见报道。西南交通大学力学与工程学院张旭教授与德国马普钢铁所、中国钢铁研究总院等机构开展合作,指导博士生陆晓翀发展出考虑位错滑移和变形孪晶等物理机制的微结构尺寸相关晶体塑性本构模型。依托DAMASK平台将该模型移植有限元,并对梯度纳米结构TWIP钢的单轴拉伸变形行为展开模拟,揭示了其微结构演化与宏观性能之间的关系,量化了不同梯度结构对材料强韧性的贡献。相关研究工作已在金属材料与固体力学交叉领域顶级期刊《International Journal of Plasticity》上在线发表,论文题目为Crystal plasticity finite element analysis of gradient nanostructured TWIP steel。 论文链接: https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2020.102703作者首先使用不同晶粒尺寸Fe-15Mn-2Al-2Si-0.7C (wt.%) TWIP钢的单拉实验数据验证该模型的合理性,结果表明该模型对不同尺寸下的应力应变响应和应变强化行为都可以较好地描述,特别是细晶TWIP钢硬化率曲线中的up-turn效应。通过对内变量演化的分析及对比性模拟,作者发现这种up-turn效应源自于细晶中显著的背应力。 图2 对比不同晶粒尺寸TWIP钢的单拉实验和模拟结果由于梯度纳米结构TWIP钢的微结构十分复杂,晶粒数目众多,通过采用三维均匀化方法,建立了宏观试样尺寸的有限元模型。通过对每层单元赋予不同的晶粒尺寸,初始位错密度和孪晶体积分数,离散地描述材料内部微结构的梯度分布,并通过梯度网格划分方法进一步减少单元数目。对于材料表层微结构变化剧烈的区域,采用密度较高的网格,以保证更加精确地描述微结构的梯度变化。 图3三维均匀化方法示意图作者利用发展的晶体塑性模型,对均匀和梯度纳米结构的Fe-10Mn-0.5C-3Ni (wt.%) TWIP钢的单拉变形行为进行模拟。结果表明,在合理描述均匀结构TWIP钢应力-应变响应的基础上,通过引入微结构的梯度分布,无需修改任何参数就可以较好地描述梯度纳米结构TWIP钢的单拉力学行为。通过对比变形云图,作者发现均匀和梯度纳米结构TWIP钢的表面都会变的粗糙不平,但梯度纳米结构的表面粗糙度更加明显,产生的应变局域化形成了两个凹陷区,且凹陷区在垂直于平面方向也会发生收缩。随着深度的增加,收缩程度逐渐降低。通过对比性模拟,作者发现表面凹陷区的出现就是梯度纳米结构TWIP钢韧性略微下降的原因。而应变局域化的产生与表面纳米层晶粒的应变强化能力有关,提高表面纳米晶的硬化能力,就可以抑制表面凹陷区的出现和韧性的下降。此外,作者通过分析不同层位错密度的演化,进一步证实了上述观点。作者还通过对比性模拟量化了不同梯度结构对材料强韧性的贡献。结果表明:强度的提升源于梯度位错结构,梯度晶粒和梯度孪晶结构有助于保持材料的应变强化能力。 图4 均匀结构和梯度纳米结构TWIP钢的模拟结果对比分析。
西南交通大学
2021-04-10
一种基于
有限
混合模型的行人再识别方法
本发明公开了一种基于有限混合模型的行人再识别方法,属于 计算机视觉和模式识别领域,提升行人再识别的准确度,包括以下步 骤:(1)构建行人图像库预处理图像并提取图像特征;(2)计算图像库中 所有图像的有限混合模型和待再识别行人的图像的有限混合模型参 数;(3)将需再识别行人的有限混合模型与图像库中所有图像的有限混 合模型之间的距离进行最优化求解,并进行距离排序返回再识别结果。 本发明优化混合模型之间的距离度量,提高行人
华中科技大学
2021-04-14
一种缝合式夹芯板
有限
元参数化建模方法
本发明公开了一种缝合式夹芯板有限元参数化建模方法,包括如下步骤: (1)、获取缝合式夹芯板的几何特征参数; (2)、获取缝合式夹芯板的有限元建模特征参数; (3)、采用几何匹配关系建立缝合式夹芯板有限元模型数据库; (4)、将上述步骤编成参数化建模脚本程序即完成构建缝合式夹芯板的有限元模型。本发明的建模方法在对缝合式夹芯板进行有限元建模中,采用参数化建模方法,可以快速、方便的得到缝合式夹芯板在不同尺寸、缝合线密度等参数变量下的有限元分析模型,并通过MATLAB与MSC.PCL语言交互编程实现,进而有效缩短建模周期、提升单元质量、提高分析效率和分析精度,能够实现缝合式复合材料夹芯板的高效、高精度分析。
东南大学
2021-04-11
科技
部办公厅 民政部办公厅 中国科协办公厅关于开展促进
科技
类社会团体发挥学术自律自净作用专项行动的通知
引导科技类社会团体大力弘扬科学家精神,加强科研作风学风建设,在促进学术自律自净等方面发挥作用、作出表率,共同营造风清气正的科研环境。
科技部网站
2024-01-25
关于印发《河北省省级
科技
计划项目科研诚信管理办法》的通知
新《办法》中借鉴省外管理经验,在惩戒失信行为的同时,列出了正面清单,增加了鼓励创新、宽容失败的免责条款,明确了不列入不良信用记录具体情况,使诚信管理工作即强化了约束也体现了温度。
河北省科学技术厅
2021-12-21
农业农村部关于印发《“十四五”全国农业农村
科技
发展规划》的通知
当前,新一轮科技革命和产业变革突飞猛进,科学研究范式正在发生深刻变化,学科交叉融合不断发展,科学技术和经济社会发展加速渗透融合,亟需加快高水平农业科技自立自强,推进体制机制改革创新,全面塑造创新力更强、竞争力更强、供给更安全的产业发展新优势。
农业农村部
2022-01-10
云上高博会寄语—西安电子
科技
大学副校长王泉
西安电子科技大学副校长王泉寄语云上高博会,积极推进中国高等教育博览会“线上+线下”融合发展。
云上高博会
2020-09-22
云上高博会寄语—西北农林
科技
大学校长吴普特
西北农林科技大学校长吴普特寄语云上高博会,积极推进中国高等教育博览会“线上+线下”融合发展。
云上高博会
2020-09-22
云上高博会寄语—北京
科技
大学校长杨仁树
北京科技大学校长杨仁树寄语云上高博会,积极推进中国高等教育博览会“线上+线下”融合发展。
云上高博会
2020-09-22
云南省支持实现首单重大
科技
成果产业化专题债业务
近日,云南省科技厅成功推动国家开发银行云南省分行与贵研铂业股份有限公司实现首单重大科技成果产业化专题债业务合作,率先落实科技部推动科技成果转化与科技金融结合的有关要求,为后续建立重大科技成果产业化项目融资需求常态化推荐机制和资源配置与管理向经济主战场推动,奠定了良好开端。
云南省科技厅
2022-05-09
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