晶體塑性模型的改進及其在微成形工藝研究中的套用

《晶體塑性模型的改進及其在微成形工藝研究中的套用》是依託上海交通大學，由董湘懷擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：晶體塑性模型的改進及其在微成形工藝研究中的套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：董湘懷
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

通過對不同微成形工藝條件下材料的塑性流動規律和尺度效應的研究，了解在這些條件下材料力學性能和細觀組織演化的特點，探索微成形工藝設計的理論基礎和控制微成形工件組織性能的原理和工藝；在晶體塑性理論模型中引入應變梯度和位錯密度的影響，全面地描述微成形過程中的材料應力-應變關係中的尺度效應，其中包括硬化與軟化效應；採用改進後的晶體塑性理論模型，更好地描述微成形過程中材料的細觀組織和性能的演化，綜合考慮統計存儲位錯密度和幾何必需位錯密度、位錯的增殖與湮滅、晶界的影響、亞晶的形成、織構的演化等，為微成形工藝中的質量控制提供基礎；建立微成形過程的多尺度模擬模型，以描述工件整體的塑性變形和多晶體材料的微結構及其演化，模型中還將引入適合於微成形的摩擦模型和破裂判斷準則，提出改進的晶體塑性模型的計算方法，通過數值模擬揭示微成形過程中工件塑性流動和組織性能演化的規律，最佳化微成形工藝參數。

結題摘要

通過單向拉伸、微彎曲等實驗研究了微成形中試件特徵尺寸、晶粒尺寸與試件特徵尺寸之比、材料的表面狀態等因素影響變形抗力的尺度效應；針對晶粒尺寸與試件特徵尺寸之比接近於1的條件下，經典的Hall-Petch關係式不再適用的問題，提出了綜合考慮試件特徵尺寸、晶粒尺寸與試件特徵尺寸之比、材料的表面狀態等因素的影響的流動應力模型，該模型對於晶粒尺寸與試件特徵尺寸之比較小的情況具有很好的適用性；針對微彎曲等受到應變梯度硬化效應影響的微成形工藝，引入晶粒尺寸與試件特徵尺寸之比對材料內稟尺寸的影響，對Nix-Gao應變梯度塑性模型進行了修正，提高了計算精度；為了方便在有限元計算中引入晶體塑性本構模型，以考慮晶粒取向分布對微成形的影響，提出了一種基於超彈性本構框架的準隱式的晶體塑性模型算法，提高了計算效率；將無格線法等方法套用於有限元商業軟體，計算應變梯度，並將應變梯度硬化效應引入晶體塑性理論，建立了應變梯度晶體塑性模型，該模型可以綜合考慮變形工況與晶粒方位的影響；將位錯密度的影響引入晶體塑性理論，綜合考慮統計存儲位錯密度和幾何必需位錯密度、位錯的增殖與湮滅、晶界和位錯胞的影響、織構的演化等，建立了位錯密度晶體塑性模型，該模型以位錯密度為內變數，可以考慮溫度的影響，描述塑性成形中的硬化與軟化效應；通過對晶體塑性模型的改進，能更好地描述微成形過程中的材料應力-應變關係中的尺度效應，微成形過程中位錯密度、織構等細觀組織和性能的演化；針對適合於微型零件的不鏽鋼的成形工藝，對亞穩態奧氏體不鏽鋼成形中馬氏體相變模型進行了改進，提高了馬氏體含量和流動應力曲線的預測精度；針對適合於微型零件成形的大塊非晶材料在過冷液態條件下的成形工藝，引入參數對虛應力模型進行修正，顯著地提高了對流動應力的計算精度；針對微彎曲、微拉深、微鐓粗、微擠壓等微成形工藝進行了實驗研究，考察了工件尺寸、晶粒尺寸、模具尺寸等設計參數以及溫度、成形速度等工藝參數對成形的影響。