考虑晶粒随机取向的金属铍中微观应力应变场有限元分析

摘要

作为一种低原子序数结构材料，铍具有显著的综合物理性能和机械性能，在核能、航空和航天等领域，铍部件的使用量在日益增大。铍是一种较活泼的脆性金属，在应用领域中常产生脆化效应，极大的影响着铍的机械性能。因此，本文应用有限元方法对铍材受拉、压、集中载荷时，内部的应力应变分布进行了数值模拟。围绕这一问题，本文主要做了以下工作：
　　 1、根据金属铍材的扫描电镜图，建立了两种相近的晶粒模型，即：方形、六边形。
　　 2、本文根据金属铍内部结构是各向异性的密排六方体，对两种不同模型进行了两种方式的内部参数的设置。第一种是传统意义上模拟时，把铍材内部所有晶粒的材料参数都认为是相同的。第二种是通过对密排六方结构刚度矩阵的理论推导，计算出46组参数值，再把46组参数值随机赋给每一个晶粒，从而达到铍材内部晶粒取向的随机性的特点。
　　 3、对两种晶粒模型的铍材，在受到压缩、拉伸和集中应力三种情况进行了数值模拟，得到受载后内部的应力应变云图。
　　 通过对材料参数随机分布设置，模拟两种不同形状铍晶粒在受到压缩、拉伸和集中应力三种情况受载时发现：整个铍材内部各处应力的分布是随材料参数的不同而分布不同。由于晶粒材料参数不同所导致各个晶粒的变形不同，应力最大值大都分布在晶粒与晶粒的接触处，从而使晶界处产生应力集中，容易发生断裂。研究结果将为防止铍材受载后断裂提供了有效的数值理论基础。

目录

文摘

英文文摘

基金项目

第一章 绪论

1.1 金属铍的基本性能

1.2 铍、铍合金的应用及国内外研究和发展

1.3 金属铍的生产工艺

1.4 金属铍内部破坏特征

1.5 本文的主要工作

第二章 有限元方法及分析软件

2.1 有限元法简介

2.2 有限元软件

2.3 小结

第三章 数值模拟模型的建立

3.1 有限元模拟

3.2 数值模拟计算模型的建立

3.3 小结

第四章 数值模拟结果与分析

4.1 三维立体模型上表面受压模拟

4.2 铍材受静水压模拟

4.3 铍材单向受拉试验模拟

4.4 模型上表面一点处受到集中力模拟

4.5 铍材工艺残余热应力模拟

4.5 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

附 录

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