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    基于納米壓痕和模擬反分析的鋼滑移系參數辨識

    鄭紅  
    【摘要】:由于結構輕量化和環境保護的要求,汽車行業對先進高強鋼(AHSS)如TRIP、DP和QP鋼的需求越來越大。為了平衡材料的強度和加工性能,第三代AHSS成分和組織越來越復雜。目前對于第三代AHSS的力學行為和成形性能的研究尚不充分,各組成相對材料整體性能的作用機制有待進一步發掘。數值模擬是研究材料變形和力學行為的重要途徑,特別是以晶體塑性為代表的多尺度模擬,廣泛用于模擬預測金屬材料的變形行為、各向異性、組織演化和損傷演化的等宏微觀物理現象。對AHSS進行數值模擬建模的前提是掌握各組成相的力學性能和變形機制。常規的實驗手段,如單向拉伸、壓縮和彎曲等通常只能提供材料宏觀的力學數據,難以從中區分出各組成相的力學實驗數據。因此有必要尋找一個新方法,可靠地辨識先進金屬材料的力學性能參數,特別是多相材料。對此,本文對納米壓痕以及晶體塑性模擬的應用進行了研究歸納。利用電子背散射衍射(EBSD)試樣獲得材料的晶體學信息;通過原子力顯微鏡(AFM)獲得壓痕表面的形貌信息,即壓痕堆積高度和壓痕形貌。對壓痕過程進行晶體塑性有限元(CPFEM)模擬,比較實驗與模擬中的載荷-位移曲線和壓痕形貌,構建目標函數,采用遺傳算法反算得到材料的細觀力學參數并進行驗證。利用奧氏體單相不銹鋼316LN,選取合適的材料本構模型,結合納米壓痕與模擬反分析,提出了一種可以準確辨識多相鋼的滑移系參數的方法?;谏鲜鲅芯砍晒?本文從單個壓痕提取的參數代入模擬,利用其他單個壓痕點的晶體學信息,對比載荷-位移曲線和形貌可以得到如下結論:晶體塑性模擬以及反分析過程可以提取出納米壓痕的關鍵信息,是求解滑移系參數的可行方法,但僅采用載荷-位移曲線數據而求得的滑移系參數存在多組解。本文進一步考慮壓痕形貌這一變形信息來優化參數辨識過程。最后,本文以雙相鋼DP980為驗證對象,辨識其鐵素體相和馬氏體相的細觀力學性能和晶體塑性材料參數?;诟飨嗟募{米壓痕數據,通過對比實驗和模擬得到的載荷-位移曲線以及壓痕形貌,所提出的反分析方法確定了鐵素體相和馬氏體相的力學行為。研究結果表明:對于多相先進高強鋼,反分析法所辨識的材料參數可以很好地描述材料的壓痕力學行為和壓痕殘余形貌,因此納米壓痕和模擬反分析亦可以用于辨識其他金屬材料的各組成相的力學行為和材料參數。


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