Please wait a minute...
 首页  期刊介绍 期刊订阅 联系我们 横山亮次奖 百年刊庆
 
最新录用  |  预出版  |  当期目录  |  过刊浏览  |  阅读排行  |  下载排行  |  引用排行  |  横山亮次奖  |  百年刊庆
清华大学学报(自然科学版)  2017, Vol. 57 Issue (7): 780-784    DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.037
  核能与新能源工程 本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索 |
基于位错密度的体心立方晶体塑性本构模型
聂君锋, 汤镇睿, 张海泉, 李红克, 王鑫
清华大学 核能与新能源技术研究院, 北京 100084
Crystal plasticity constitutive model for BCC based on the dislocation density
NIE Junfeng, TANG Zhenrui, ZHANG Haiquan, LI Hongke, WANG Xin
Institute of Nuclear and New Energy Technology, Tsinghua University, Beijing 100084, China
全文: PDF(1358 KB)  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 晶体塑性理论是将晶体微观尺度的位错运动与宏观尺度的塑性形变相结合的重要理论,提供了在细观尺度内研究材料力学行为的有效方法。位错的密度变化对金属晶体的硬化行为有着重要的影响。该文在晶体塑性理论的基础上引入位错运动理论,建立基于位错密度的体心立方晶体(body center cubic,BCC)塑性本构模型,研究BCC的力学行为;并借助ABAQUS有限元软件,编写UMAT子程序,实现对BCC结构的铁单晶及多晶单轴拉伸试验的数值模拟。结果表明:该本构模型能有效地模拟铁单晶及多晶单轴拉伸的力学行为。
服务
把本文推荐给朋友
加入引用管理器
E-mail Alert
RSS
作者相关文章
聂君锋
汤镇睿
张海泉
李红克
王鑫
关键词 晶体塑性位错运动体心立方晶体(BCC)单轴拉伸有限元    
Abstract:Crystal plasticity theory is a fundamental theory that combines the crystal microscopic slip mechanism with macroscopic plastic deformation to predict meso-scale plastic deformation. The dislocation density has an important influence on the hardening behavior of metal crystals. This paper presents a constitutive model based on crystal plasticity theory and dislocation motion theory for the BCC crystal structure. The model is used to study the mechanical behavior of a BCC lattice. Using the UMAT subroutine in ABAQUS for numerical simulations of a uniaxial tensile tests of single crystal and polycrystal iron. The results show that the constitutive model effectively simulates the mechanical behavior of the uniaxial tensile test for single crystal and polycrystal iron.
Key wordscrystal plasticity    dislocation motion    body center cubic (BCC)    uniaxial tensile    finite element method (FEM)
收稿日期: 2016-03-24      出版日期: 2017-07-15
ZTFLH:  TB125  
  O34  
引用本文:   
聂君锋, 汤镇睿, 张海泉, 李红克, 王鑫. 基于位错密度的体心立方晶体塑性本构模型[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2017, 57(7): 780-784.
NIE Junfeng, TANG Zhenrui, ZHANG Haiquan, LI Hongke, WANG Xin. Crystal plasticity constitutive model for BCC based on the dislocation density. Journal of Tsinghua University(Science and Technology), 2017, 57(7): 780-784.
链接本文:  
http://jst.tsinghuajournals.com/CN/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.037  或          http://jst.tsinghuajournals.com/CN/Y2017/V57/I7/780
  图1 晶向计算与实验单轴拉伸应力应变曲线
  图2 多晶单轴拉伸模型
  图3 多晶与单晶模型单轴拉伸应力应变曲线
  图4 多晶模型单轴拉伸得到的应力云图及应变云图
[1] Hill R. Generalized constitutive relations for incremental deformation of metal crystals by multislip [J]. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 1966, 14(2): 95-102.
[2] Hill R. The essential structure of constitutive laws for metal composites and polycrystals [J]. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 1967, 15(2): 79-95.
[3] Hill R, Rice J R. Constitutive analysis of elastic-plastic crystals at arbitrary strain [J]. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 1972, 20(6): 401-413.
[4] Asaro R J, Rice J R. Strain localization in ductile single crystals [J]. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 1977, 25(5): 309-338.
[5] Asaro R J. Micromechanics of crystals and polycrystals [J]. Advances in Applied Mechanics, 1983, 23(8): 1-115.
[6] Peirce D, Shih C F, Needleman A. A tangent modulus method for rate dependent solids [J]. Computers & Structures, 1984, 18(5): 875-887.
[7] Clough R W. The finite element method in plane stress analysis [C]//Proceedings of the 2nd ASCE Conference on Electronic Computation. Pittsburgh, USA: ASCE, 1960.
[8] 王自强, 段祝平. 塑性细观力学 [M]. 北京:北京大学出版社, 1995.WANG Ziqiang, DUAN Zhuping. Plastic Meso Mechanics [M]. Beijing: Peking University Press, 1995. (in Chinese)
[9] Busso E P. Cyclic Deformation of Monocrystalline Nickel Aluminide and High Temperature Coatings [D]. Cambridge: Massachusetts Institute of Technology, 2005.
[10] Keh A S. Work hardening and deformation sub-structure in iron single crystals deformed in tension at 298 K [J]. Philosophical Magazine, 1965, 12: 9-30.
[11] Suzuki T, Koizumi H, Kirchner H O K. Plastic flow stress of b.c.c. transition metals and the Peierls potential [J]. Acta Metallurgica Et Materialia, 1995, 43(6): 2177-2187.
[12] Johnson R A, Oh D J. Analytic embedded atom method model for BCC metals [J]. Journal of Materials Research, 1989, 4(5): 1195-1201.
[13] Brunner D, Diehl J. Strain-rate and temperature dependence of the tensile flow stress of high-purity α-iron above 250 K (regime I) studied by means of stress-relaxation tests [J]. Physica Status Solidi, 1991, 124(1): 155-170.
[14] Spitzig W A, Keh A S. The role of internal and effective stresses in the plastic flow of iron single crystals [J]. Metallurgical & Materials Transactions B, 1970, 1(12): 3325-3331.
[15] Kocks U F. Thermodynamics and Kinetics of Slip [M]. Oxford: Pergamon Press, 1975.
[16] Hutchinson J W. Plastic stress-strain relations of F.C.C polycrystalline metals hardening according to Taylor's rule [J]. Journal of the Mechanics & Physics of Solids, 1964, 12(1): 11-24.
[1] 魏鲲鹏, 戴兴建, 邵宗义. 碳纤维波纹管弯曲刚度的测量及有限元分析[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2019, 59(7): 587-592.
[2] 桂良进, 张晓前, 周驰, 范子杰. 各向异性高强钢成形极限曲线有限元预测[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2019, 59(1): 66-72.
[3] 吕江伟, 周凯. 高力密度直线开关磁阻电机的最佳极宽比[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2018, 58(5): 469-476.
[4] 董智超, 王霄锋, 楼位鹏, 黄元毅, 钟明. 微型客车后驱动桥多轴耦合疲劳试验仿真[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2018, 58(2): 212-216.
[5] 吕振华, 李明. 锥形节流阀的三维流-固耦合非稳态动力学特性仿真分析[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2018, 58(1): 35-42.
[6] 吕振华, 孙靖譞. 轴向变密度铝泡沫件的动态和静态压缩实验与有限元模拟分析[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2017, 57(7): 753-762.
[7] 赵海燕, 吴骏巍, 陆向明, 简波, 李宏伟. 基于局部-整体有限元法的薄壁筒焊接变形计算[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2017, 57(5): 449-453.
[8] 吕振华, 刘赛. 枪弹穿甲过程仿真的有限元接触模型与分区并行计算误差特性[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2017, 57(5): 483-490.
[9] 赵彤, 谢溢, 胡建. 基于机电建模的加工中心轴间耦合问题[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2017, 57(2): 113-119.
[10] 田程, 周驰, 丁炜琦, 桂良进, 范子杰. 轴系的热膨胀对于锥齿轮错位量的影响[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2016, 56(6): 565-571.
[11] 武建安, 吴祖河, 王亨, 李利亚, 唐劲天. 基于有限元仿真的磁感应肿瘤治疗设备线圈优化设计[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2016, 56(4): 406-410,416.
[12] 贾晓红, 陈华明, 励行根, 王玉明. 石墨垫片密封界面的力学特性[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2016, 56(2): 167-170.
[13] 关立文, 杨亮亮, 王立平, 陈学尚, 王耀辉, 黄克. “S”形试件间歇性切削温度场建模与分析[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2016, 56(2): 192-199.
[14] 李鹏飞, 安雪晖, 何世钦, 陈宸. 考虑混凝土损伤效应的销栓作用承载力计算模型[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2016, 56(12): 1255-1263.
[15] 李艳军, 吴爱萍, 刘德博, 赵海燕, 赵玥, 王国庆. 2219铝合金VPTIG焊接残余应力的数值分析[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2016, 56(10): 1037-1041,1046.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
版权所有 © 《清华大学学报(自然科学版)》编辑部
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发 技术支持:support@magtech.com.cn