基於微結構演化的金屬材料物理型塑性本構模型研究

《基於微結構演化的金屬材料物理型塑性本構模型研究》是依託西安交通大學，由尚福林擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於微結構演化的金屬材料物理型塑性本構模型研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：尚福林
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

針對NSAF“培育項目”的明確目標課題―6. 基於微結構演化的金屬材料物理型塑性本構模型研究，本項目擬借鑑採用微納米材料力學行為研究中日益盛行、新穎的微小試樣載入測試方法，選取中物院現階段主體研究比較關注的奧氏體不鏽鋼和釩合金，開展金屬材料塑性變形行為的實驗測試和理論建模研究，提出更加準確可靠的基於位錯相互作用、微結構演化的隱式物理型本構模型，並給出正確高效的求解方法和數值分析程式。通過本項目研究與合作，一方面深化對微結構演化影響材料塑性本構模型的機理認識，使中物院建立微結構演化的微尺度實驗手段和實驗方法；另一方面，完善微結構演化與塑性行為關係的系統研究，促進中物院掌握相關的數值分析方法，為中物院總體工程研究所進行更深入的多尺度研究和工程模擬計算奠定良好的基礎。

結題摘要

本項目主要針對兩類合金材料（HR2奧氏體不鏽鋼和V-5Cr-5Ti釩合金），開展了微小試樣準靜態載入力學行為實驗研究，觀察分析了它們其塑性變形過程中的典型微結構演化情況和力學行為特徵，建立了基於位錯相互作用和典型微結構演化的物理型塑性本構模型，並給出了相應的數值求解方法和分析計算程式。該物理塑性本構模型以位錯動力學（位錯密度、相變和孿晶演化）為基礎，涵蓋了位錯、固溶原子、馬氏體相變、晶粒尺寸以及第二相顆粒等演化的數學關係式或微分方程、屈服應力和變形與位錯密度的關係式、位錯密度演化以及相含量體積分量演化的表達式、以及應變強化模型等。該數值分析程式基於ABAQUS平台UMAT用戶子程式功能，採用了完全隱式向後應力更新算法，包含了基於Mises屈服準則關聯的正交流動法則與徑向回映積分算法相結合的算法、等效塑性應變的更新算法、以及各個模型變數和內變數的更新算法等。這些兩類合金材料的新的物理型塑性本構關係具有更高的預測精度，能夠為中物院總體工程研究所開展相關的多尺度研究和工程模擬計算提供支撐。