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考虑晶界效应的近片层TiAl高温动态力学行为的数值模拟

卢山  
【摘要】:本文在近片层组织TiAl(简称NL TiAl)数值计算中建立了基于Voronoi算法的三维有限元模型,并引入了晶界的效应,进一步完善了NL TiAl的数值计算工作。 基于晶体塑性理论,引入了考虑滑移和应容的晶界本构,发展了更为合理的同时考虑位错滑移、形变孪晶和晶界变形的TiAl本构模型。 建立了基于Voronoi算法,能够反映晶群大小、形状、空间取向分布都随机变化的NL TiAl三维多晶有限元模型,通过在晶群的交界处引入壳单元来描述晶群之间的晶界,并考察了模型尺寸和单元数目对计算结果的影响。在此基础上,进一步将每个晶群划分为若干晶粒,并在晶粒与晶粒之间引入了壳单元,从而更好的反映了NL TiAl的真实微观结构。 利用以上两种有限元模型分别对不同温度(室温、500℃、700℃)和不同拉伸应变率(10-3 s~(-1)、320 s~(-1)、800 s~(-1)、1350 s~(-1))下NL TiAl的弹塑性力学行为进行数值模拟。结果显示,两种模型模拟得到的应力应变曲线与试验结果吻合的较好,能够反映NL TiAl在不同温度和应变率下的材料响应。本文还考察了晶界对于材料力学行为的影响。计算结果表明在计入NL TiAl晶界效应后,晶群内的应力分布会发生明显的改变,在晶群晶界附近会产生一定的应力集中。此外,晶群晶界对于孪晶存在一定的阻碍作用,使得晶群晶界附近单元的孪晶体积分数要略低于多晶整体的平均孪晶体积分数。最后对全文工作进行了总结和展望。


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