FCC金属不均匀滑移变形的织构多晶体有限元模拟

摘要

本文以晶体塑性力学为物理基础，提出了四维空间均匀取向离散和基于粒子群优化(PSO)织构组分分析两种取向离散化技术，并建立了织构多晶体塑性有限元(TPCPFE)技术，比较系统地研究了晶粒间和晶内细观不均匀变形对FCC金属形变织构演变的影响；首次提出采用离散的各点与所在晶粒平均取向的取向差平均值θ<,m>来表征细观层次的塑性变形不均匀性的概念和参数，采用织构多晶体塑性有限元模拟了初始取向不均匀性和晶界类型对平面压缩(PSC)变形时的细观(这里的细观主要是指晶粒尺度)层次塑性变形不均匀性的影响；并且在晶体织构研究领域内首次试图将具有全局寻优的粒子群优化(PSO)算法引入到织构定量分析及优化设计中来，为定量织构分析及织构对成形性能影响研究提供一种更精确而有效的方法。研究结果表明： (1)本文提出的PSO定量织构组分分析方法可更精确有效地定量计算和分析织构。PSO方法和单纯型算法结果对比表明，当织构组分数目较少的时候，两种方法的精度一样；然而当织构组分较复杂的时候，PSO方法避免了单纯型算法容易陷入局部极值使计算精度不高甚至有误的情况，因而PSO织构的定量计算与分析更具普遍性和可靠性； (2)本文提出的以晶内离散各点与所在晶粒平均取向的取向差的平均值θ<,m>表征晶内细观层次塑性变形不均匀的方法避免了EBSD分析中IQ值由于电子束移动而造成散焦的影响。本文还结合再结晶形核条件提出了以参数θ<,mc>作为平均取向差临界值作为EBSD定量分析材料部分再结晶的一项判据。 (3)本文考虑晶粒间和晶内塑性变形不均匀的织构多晶体塑性有限元模拟的晶体取向分布比其他Sachs、FC及其改进模型模拟的晶体取向分布结果更接近实际。 (4)以θ<,m>为考察指标，从晶内变形不均匀的角度结合织构多晶体塑性有限元模拟，提出了细观不均匀变形强化立方织构的学术观点，模拟计算了表征不均匀变形的θ<,m>与变形前后取向中心取向差θ<,rot>的变化规律，以此揭示了立方取向晶体在平面压缩变形过程中不均匀塑性变形流变特性。 (5)结合织构多晶体塑性有限元的PSO织构优化设计比传统单纯型的设计结果更精确。优化设计结果表明，单纯的形变织构或再结晶织构都难以实现无平面塑性各向异性的目标，只有各组分的形变织构和再结晶织构的组合才有可能使平面塑性各向异性优化变小，从而为织构优化控制提供了理论依据。

目录

文摘

英文文摘

前言

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第1章文献综述

第2章材料及实验

第3章粒子群优化方法与织构组分分析

第4章织构多晶体塑性有限元模型

第5章细观不均匀变形及其表征

第6章细观不均匀变形与形变织构模拟

第7章FCC金属塑性各向异性的织构多晶体有限元模拟

第8章结论与展望

参考文献

附录

致谢

硕博连读期间主要研究成果