高温动态拉伸下NG TiAl弹塑性力学行为的数值模拟

摘要

TiAl基金属间化合物的优良高温力学性能使其可能成为新一代航空航天工程用的轻质高温结构材料。考虑到航空航天器的服役环境，要求TiAl基金属间化合物具有一定的抗冲击能力。这就使得TiAl基金属间化合物的高温冲击力学行为的研究变得十分重要。由于TiAl的高温冲击试验技术仍存在很多困难，因此有必要发展适当的模型对TiAl的高温动态力学行为进行模拟，以数值计算替代部分的实验工作。
　　 本文基于率相关的晶体塑性理论，通过引入形变孪晶的饱和体积分数来对形变孪晶的演化给予限制，发展了更为合理的同时考虑位错滑移和形变孪晶作用，并计及温度影响的TiAl单晶本构模型。
　　 在此基础上，建立了能够反映晶粒随机取向的多晶有限元模型，对不同温度(室温～840℃)不同拉伸应变率(10-3～1350s-1)下等轴(NG)组织TiAl的弹塑性力学行为进行了模拟。计算结果表明，模拟得到的应力应变曲线与试验结果吻合较好，这表明所采用的单晶本构模型能很好的反应材料的应变率强化效应、温度软化效应和应变硬化行为。
　　 此外还考察了NG TiAl在不同温度不同应变率下形变孪晶与位错滑移两种微观变形机制随塑性变形的演化情况。结果表明，二者均是NG TiAl的主要变形模式。动态加载条件下更有利于形变孪晶的产生，但温度对二者的影响不是很明显。在塑性变形的发展过程中，形变孪晶在塑性变形开始时起主导作用，随着塑性变形的进一步增大，位错滑移的贡献增加，最终两者达到平衡。

目录

文摘

英文文摘

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致谢

第一章 绪论

1.1引言

1.2研究现状

1.2.1实验方面

1.2.2数值模拟方面

1.3本文工作

第二章 TiAl的晶体塑性本构模型

2.1晶体塑性理论简介

2.2 TiAl的单晶本构方程

2.2.1位错滑移

2.2.2形变孪晶

2.2.3计及形变孪晶的塑性变形率

2.3本章小结

第三章 NG TiAl不同温度和应变率下拉伸力学行为的数值模拟

3.1各材料常数的选取

3.1.1弹性常数

3.1.2多种变形机制的初始临界分解切应力(CRSS)

3.1.3其他材料常数

3.1.4高应变率下绝热温升的影响

3.2多晶有限元模型

3.2.1考虑晶粒随机取向的多晶有限元模型

3.2.2计算单元尺寸与数目的确定

3.3计算结果与讨论

3.3.1材料力学行为的温度和应变率相关性

3.3.2形变孪晶对塑性变形的影响

3.3.3位错对塑性变形的影响

3.4本章小结

第四章 总结与展望

4.1本文总结

4.2展望

参考文献

在读期间发表的学术论文与取得的成果