试谈塑性循环载荷下双相钛合金细观力学响应数值模拟电大

摘要：大量工程中的事故是由材料的疲劳破坏而引起。由于疲劳破坏对工程结构的危害很大,甚至经常会产生灾难性的事故,由此长期以来对疲劳论述及其在设计中的运用策略进行了大量的探讨工作。Ti-6Al-4V是一种α/β型双相钛合金。由于其良好的综合力学性能因而运用非常广泛。为满足构件设计制造的需求,本论文以双相α/β型钛合金Ti-6Al-4V为探讨对象,主要进行了以下两个方面的探讨并得到如下结论：1.采取同时包含随动硬化和各向同性硬化的Chaboche模型,对Ti-6Al-4V在循环载荷下的弹塑性响应进行探讨。本论文为结构设计提供了利用Chaboche模型浅析Ti-6Al-4V在循环载荷下力学响应的材料参数。所得结果与只考虑Ti-6Al-4V随动硬化行为的模型相比,与实验值更加吻合,改善了之前探讨中的不足。采取数值模拟的策略再现了Ti-6Al-4V在周期载荷下的Bauschinger效应、循环软化、塑性安定等塑性变形行为。2.确立了Ti-6Al-4V的α相和β相的循环塑性材料参数并建立了Ti-6Al-4V细观力学下的二维和三维有限元模型。采取二维细观力学有限元模型讨论了单调加载时微观应力应变不均匀性和循环加载时的塑性应变累积；采取三维细观力学有限元模型,通过引入基于局部塑性剪切应变的疲劳指示参数策略,讨论了a相体积分数、α晶粒尺寸、平均应力和应力比对Ti-6Al-4V细观力学下疲劳性能的影响。探讨表明：α相体积分数越大,对应的显微组织有限元模型能够达到的Pmpss (?)勺幅值越大。这可能是因为随着α相体积分数增大,屈服强度较大的层片状区域对其的约束越小。同时在较高的体积分数下,达到较大Pmpss值的单元数目越多；随着的α晶粒尺寸d增大,显微组织对疲劳裂纹萌生的抵抗能力随之下降；随着平均应力的增大,越来越多的单元发生了更大的局部塑性剪切应变。同时在最大应力高于拉伸屈服应力的时候,达到中间某一数量级别的Pmpss值的单元数目最多;在最大应力相同的情况下,随着应力比的提升,单元发生的Pmpss的幅值也越来越大。这主要是由于材料发生了较大的棘轮应变。关键词：Ti-6Al-4V论文Chaboche模型论文循环塑性论文细观力学论文疲劳论文

摘要5-6

Abstract6-9

第1章 绪论9-22

1.1 背景和作用9-12

1.2 探讨近况12-21

1.2.1 Ti-6Al-4V循环塑性模型探讨进展12-14

1.2.2 显微组织对合金疲劳性能影响的实验探讨14-15

1.2.3 钛合金疲劳性能影响因素的实验探讨15-18

1.2.4 基于显微组织的有限元模拟18-19

1.2.5 基于局部塑性应变的疲劳指示参数策略19-21

1.3 本论文的探讨内容21-22

第2章 基于Chaboche模型的Ti-6Al-4V循环塑性模拟22-31

2.1 本构方程22-24

2.1.1 应变分解22

2.1.2 屈服准则22-23

2.1.3 流动法则23

2.1.4 非线性随动硬化准则23

2.1.5 各向同性硬化准则23-24

2.2 材料参数的确定策略24-27

2.3 结果和讨论27-30

2.4 本章小结30-31

第3章 Ti-6Al-4V双相细观力学有限元模型的建立31-42

3.1 α相和β相的循环塑性材料参数32-33

3.2 二维有限元模型的建立33-36

3.2.1 显微组织的网格划分33-36

3.2.2 建立有限元模型36

3.3 三维有限元模型的建立36-41

3.3.1 晶粒的三维立方体模型36-38

3.3.2 模型有效性验证38-41

3.4 本章小结41-42

第4章 Ti-6Al-4V基于微观组织敏感性的疲劳模拟42-58

4.1 单调加载时微观应力应变不均匀性42-45

4.2 循环加载时的塑性应变累积45-48

4.3 基于局部塑性剪切应变的疲劳指示参数计算48-56

4.3.1 α相体积分数的影响49-51

4.3.2 α晶粒尺寸的影响51-53

4.3.3 平均应力的影响53-55

4.3.4 应力比的影响55-56

4.4 本章小结56-58

第5章 结论和展望58-61

5.1 主要结论58-59

5.1.1 基于Chaboche模型的Ti-6Al-4V循环塑性本构联系58

5.1.2 基于显微组织的细观力学性能模拟58-59

5.2 本论文的主要革新点59

5.3 本探讨方向展望59-61