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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
一种基于磁梯度自愈合防腐涂层的制备方法
本发明设计了一种基于磁梯度自愈合防腐涂层的制备方法,属于金属防腐涂层领域。基于磁梯度自愈合防腐涂层的制备方法,其特征在于,向涂层中添加包封缓蚀剂的磁性纳米颗粒,在涂层制备过程中通过施加外部磁场,使磁性纳米颗粒在涂层中呈纵向梯度分布,近金属表面的纳米颗粒浓度高,该方法制备工艺简单,安全环保,降低了的智能纳米容器或功能性高分子微球的使用量,提高了常规自愈合涂层的防腐效果。
青岛农业大学 2021-01-12
一种基于位移差分的 MEMS 重力梯度仪
本发明公开了一种基于位移差分的 MEMS 重力梯度仪。包括第一振子单元和第二振子单元;前者包括第一外围框架和与第一外围框架通过第一组梁连接的第一检验质量,后者包括第二外围框架和与第二外围框架通过第二组梁连接的第二检验质量,第一组梁和第一检验质量构成第一机械振子,第二组梁和第二检验质量构成第二机械振子,第一振子单元和第二振子单元相向正对设置,第一机械振子和第二机械振子的敏感轴位于同一直线上,第一检验质量上的电容阵列与第二检验质量上的电容阵列构成位移检测电容,通过位移检测电容测得检验质量的位移差进而得到
华中科技大学 2021-04-14
一种 SIFT 特征向量梯度直方图多通道更新电路
本发明公开了一种 SIFT 特征向量梯度直方图多通道更新电路,使用 16 个八维四更新的直方图组来取代 1 个 128 维 16 更新的直方图,每一个八维四更新的直方图代表同一空间位置的 NBO 方向维度的子特征值向量。所述电路包括:第一三线性插值模块、第二三线性插值模块、方向地址仲裁模块、第一至第十六四通道更新仲裁模块、第一至第十六八维四通道更新直方图模块。本发明的电路硬件面积开销仅占传统128维16更新的直方图电
华中科技大学 2021-04-14
实验室磁场三维亥姆霍兹线圈磁场实验梯度线圈
北京锦正茂科技有限公司 2022-01-21
亥姆霍兹线圈实验室磁力线圈梯度磁场发生器
北京锦正茂科技有限公司 2022-04-02
三维亥姆霍兹线圈 梯度磁场线圈 电磁干扰模拟实验
北京锦正茂科技有限公司 2022-09-14
这里的科学,有声有色有温度
10月31日至11月6日,来自五湖四海的30余名大学生记者相聚于广东东莞的巍峨山下、松山湖畔,参加由松山湖管委会联合南方报业传媒集团、东莞团市委共同举办的2022年全国高校校媒精英特训营(第二期)。在这湖光山色中,青年学子们通过实地走访大科学装置、大平台、大学、大企业,领悟松山湖科学城“新城与产业齐飞,科技共山水一色”的科创魅力,也对“科学”有了全新的认识。
华南理工大学 2022-11-21
吹瓶机微机温度控制系统
.项目简介: 吹瓶机是一种常用的塑料机械产品。它的用途是将颗粒状塑料通过八个温区的加热软化后吹制出各种塑料产品。 在这个生产过程中,加热温度是影响产品质量的关键因素,一般的仪表控制效果很差,温度波动可高达数十度,产品质量难以保证。    微机温度控制系统采用LCD中文显示、高精度温度测量、可控硅调压控温、先进的控制算法,因此控制效果好,静差小于0.5度。
武汉工程大学 2021-04-11
造气炉气化层温度实时测量系统
1.项目简介:应用间接测温与计算机系统特性辩识为一体的智能实时测温方法,即依据间接测温信号与校正测试温度信号,对系统的动态教学模型进行分辨识和参数估计,并由辨得到的对象特性对气化层温度运行最可信估计的测温方法,实现间歇式固定层煤气发生炉(简称造气炉)气化层温度实时准确测量。 2.技术特点;该工业测温精度高,可靠性强,检测装置能长期安全运行,对造气炉内温度场分布、工艺运行不产生影响;为造气炉正常安全运行,节能降耗和实现造气工艺闭环自动控制提供了先决条件。
武汉工程大学 2021-04-11
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