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Cu极薄带轧制中滑移与变形的晶体塑性有限元模拟

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金属学报 2016年第1期52卷 120-128页

作者：陈守东刘相华刘立忠宋孟东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室沈阳110819 东北大学材料与冶金学院沈阳110819

为了定量描述晶粒取向和结构对极薄带轧制微观塑性变形非均匀性的影响,采用晶体塑性有限元方法(CPFEM)和Voronoi图的多晶模型,考虑试样尺寸、晶粒尺寸、晶体取向及其分布,模拟了不同厚度Cu极薄带在相同压下率条件下的滑移与变形行为,得... 详细信息

为了定量描述晶粒取向和结构对极薄带轧制微观塑性变形非均匀性的影响,采用晶体塑性有限元方法(CPFEM)和Voronoi图的多晶模型,考虑试样尺寸、晶粒尺寸、晶体取向及其分布,模拟了不同厚度Cu极薄带在相同压下率条件下的滑移与变形行为,得到了介观尺度上Cu极薄带的微观应力-应变和启动滑移系分布.模拟获得的应力-应变曲线和实验测得的曲线基本一致,验证了晶体塑性有限元模型的准确性.通过对40%压下率Cu极薄带轧制变形的研究表明,无论是在晶粒内部还是在晶粒间,材料内部的变形都非常不均匀,这种不均匀性主要是由初始晶粒取向和结构不同、近邻晶粒取向差以及变形时滑移系的运动特性和晶粒旋转不同引起的.滑移系首先在自由表面和晶界处被激活,而后引起晶粒内部滑移系的启动与运动.

关键词：极薄带轧制晶体塑性有限元晶粒各向异性滑移系启动

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极薄带轧制变形区轧辊压扁试验与有限元模拟

钢铁 2017年第1期52卷 38-42页

作者：肖宏任忠凯刘晓余超顾勇飞燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004 燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004

极薄带在轧制及平整过程中,工作辊的弹性压扁对轧制压力的分布有很大影响,传统的轧制力模型已经不再适用。为了在极薄带板形板厚控制过程中得到准确的轧制力,Fleck提出了新的轧辊压扁模型。针对Fleck模型进行试验研究,同时进行有限元模... 详细信息

极薄带在轧制及平整过程中,工作辊的弹性压扁对轧制压力的分布有很大影响,传统的轧制力模型已经不再适用。为了在极薄带板形板厚控制过程中得到准确的轧制力,Fleck提出了新的轧辊压扁模型。针对Fleck模型进行试验研究,同时进行有限元模拟分析。试验过程中使用合金工具钢轧辊,轧制不同厚度的轧件,通过显微镜测量变形区各部位的厚度,得到变形区轧辊的近似轮廓形状。试验与有限元模拟结果表明,随着轧件厚度的减小,变形区出现了明显的中性区,但是很难出现Fleck模型中提到的弹性卸载区,因此计算极薄带轧制力时可以忽略中性区内的弹性卸载区以简化轧制力模型。

关键词：极薄带轧制弹性压扁有限元模拟 Fleck模型

晶粒尺寸效应对铜极薄带轧制变形机制影响的模拟研究

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中国有色金属学报 2018年第11期28卷 2233-2241页

作者：陈守东卢日环孙建李杰张可铜陵学院机械工程学院铜陵244061 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室沈阳110819 安徽工业大学冶金工程学院马鞍山243032

采用退火态轧制铜箔为原料,进行晶粒尺寸效应的箔轧实验和晶体塑性有限元模拟。基于率相关晶体塑性理论,开发用户材料子程序(UMAT),建立轧制铜极薄带的晶体塑性有限元模型,改进Voronoi图种子生成的随机性,建立反映晶粒形貌、晶界不规则... 详细信息

采用退火态轧制铜箔为原料,进行晶粒尺寸效应的箔轧实验和晶体塑性有限元模拟。基于率相关晶体塑性理论,开发用户材料子程序(UMAT),建立轧制铜极薄带的晶体塑性有限元模型,改进Voronoi图种子生成的随机性,建立反映晶粒形貌、晶界不规则性的多晶极薄带几何模型,并编写赋予多晶取向的算法,用以控制多晶取向及织构分布,研究晶粒尺寸效应对其变形机制的影响。结果表明:在铜极薄带中尺寸较小晶粒中产生的剪切带相对于尺寸较大晶粒中产生的要均匀,可较好地减小变形局部化;不同晶粒尺寸铜极薄带的滑移系启动和累积滑移存在显著差异,启动的滑移系随晶粒尺寸的减小而增多;表层晶粒和内部晶粒的约束差异导致变形后晶粒取向主要绕横向(TD)进行旋转,旋转角度和极点分散度随晶粒平均尺寸的减小而减小。箔轧实验和模拟得到的轧制力-晶粒尺寸曲线基本一致,即晶粒取向对轧制力的影响随晶粒平均尺寸的减小而减弱。

关键词：极薄带轧制多晶模型晶体塑性有限元晶粒尺寸效应

复合成形轧制铜极薄带变形局部化的晶体塑性有限元模拟

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材料导报 2023年第2期37卷 176-185页

作者：陈守东陈敬琪李杰孙建卢日环铜陵学院机械工程学院安徽铜陵244061 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室沈阳110819 铜陵学院工程液压机器人安徽普通高校重点实验室安徽铜陵244061 燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004

随极薄带厚度的进一步减薄,轧制极薄带变形由于轧件厚度/晶粒尺寸比值小的尺寸效应和变形程度导致各向异性与局部化已完全不同于轧制厚件时的变形特性。采用具有拉拔-压缩-剪切复合成形功能的微型异步轧机开展系列厚度铜极薄带的箔轧实... 详细信息

随极薄带厚度的进一步减薄,轧制极薄带变形由于轧件厚度/晶粒尺寸比值小的尺寸效应和变形程度导致各向异性与局部化已完全不同于轧制厚件时的变形特性。采用具有拉拔-压缩-剪切复合成形功能的微型异步轧机开展系列厚度铜极薄带的箔轧实验,结果表明复合成形轧制工艺和极薄带尺寸显著影响轧制力能参数与箔材质量。宏观有限元理论已不再适用出现这些新现象的极薄带轧制变形的建模。将嵌入初始晶粒形貌和取向等微观组织结构信息的介观晶体塑性有限元模型(CPFE)用于复合成形条件下铜极薄带轧制变形局部化的模拟与分析,指导箔轧工艺优化和提高箔材质量。晶粒层次的晶体塑性有限元模型,准确预测了单层晶铜极薄带轧制变形局部化的现象和趋势,模拟与实验的轧制力吻合较好,尤其是各向异性。随上下工作辊异速比的增大,箔材厚度方向剪切变形增强,变形带、滑移带形成且局部化趋势显著。晶粒变形局部化的差异,对轧制制备极薄带材的控形控性造成困难。

关键词：极薄带轧制铜箔晶体塑性有限元分析变形局部化

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二十辊轧机轧制极薄带的板形控制

中南大学学报（自然科学版） 2017年第4期48卷 860-866页

作者：员征文任忠凯肖宏余超燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004 徐工集团江苏徐州工程机械研究院江苏徐州221004

针对二十辊轧机辊间压扁计算误差较大的问题,将轧辊视为有限长度的半无限体,基于边界积分方程法建立1个精确的辊间压扁模型;基于该辊间压扁模型、耦合轧辊弯曲模型,轧件塑性变形模型、建立更精确的二十辊轧机板形控制耦合模型。基于该... 详细信息

针对二十辊轧机辊间压扁计算误差较大的问题,将轧辊视为有限长度的半无限体,基于边界积分方程法建立1个精确的辊间压扁模型;基于该辊间压扁模型、耦合轧辊弯曲模型,轧件塑性变形模型、建立更精确的二十辊轧机板形控制耦合模型。基于该二十辊轧机板形控制耦合模型,针对极薄带轧制工况,分析二十辊轧机第一中间辊锥度、轴向移动、不同压下量等因素对带钢出口厚度、轧制力分布、辊间压力分布等的影响规律,并通过实验方法验证该理论模型的正确性。研究结果表明:第一中间辊的锥度和轴向移动对板形控制具有较大的影响,而且辊缝形状的微小改变会引起板形产生较大变化。

关键词：二十辊轧机辊间压扁有限长半无限体边界积分方程极薄带轧制

压下率对轧制单层晶极薄带晶界滑移特性的影响

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材料科学与工艺 2018年第4期26卷 88-96页

作者：陈守东卢日环孙建李杰张可铜陵学院机械工程学院安徽铜陵244061 轧制技术及连轧自动化国家重点实验室(东北大学) 沈阳110819 安徽工业大学冶金工程学院安徽马鞍山243032

采用退火态单层晶轧制铜箔为原料,进行不同压下率的箔轧.以多晶体位错滑移及塑性流动机制为基础,建立了考虑潜在硬化和晶格转动效应的率相关晶体滑移本构模型,分析了压下率对轧制单层晶极薄带晶界附近区域变形分布特性、取向演化和滑移... 详细信息

采用退火态单层晶轧制铜箔为原料,进行不同压下率的箔轧.以多晶体位错滑移及塑性流动机制为基础,建立了考虑潜在硬化和晶格转动效应的率相关晶体滑移本构模型,分析了压下率对轧制单层晶极薄带晶界附近区域变形分布特性、取向演化和滑移系激活规律的影响,并探讨其机理.确定了合理的材料本构参数,铜箔拉伸实验与晶体塑性有限元模拟得到的应力-应变曲线一致.所建立的晶体塑性有限元模型,可很好的模拟最大压下率达到80%时轧制单层晶铜箔的变形过程.结果表明:1)由于晶粒形状、晶界及晶粒取向的作用导致晶内-晶间变形分布非均匀性;2)由于晶粒间复杂的相互作用导致晶粒取向主要绕横向(TD)进行旋转,且旋转角度和取向分散度随压下率的增加而增大;3)在晶内-晶间不同区域的滑移系启动存在显著差异,启动滑移系随压下率的增加而增多,当压下率小于等于60%时,在晶粒表层和晶界处,滑移系成对发生启动,当压下率达到80%时,表层和晶界处为多滑移系启动情形;4)滑移最先从晶粒表层和晶界处开始,然后向晶粒内部延伸.

关键词：极薄带轧制单层晶晶体塑性滑移系轧制压下率

基于晶体塑性有限元模型的异步轧制纯铜箔变形行为晶粒统计效应（英文）

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2015年第10期25卷 3370-3380页

作者：陈守东刘相华刘立忠东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室沈阳110819 东北大学材料与冶金学院沈阳110819

采用一种真实的多晶集合体模型和晶体塑性有限元模型,研究异步轧制纯铜箔塑性变形晶粒统计效应。考虑局部硬化耗散作用,根据取向分布函数在取向空间中的分布规律将晶体取向分配给各个晶粒的单元积分点,建立弹塑性大变形条件下的相关多... 详细信息

采用一种真实的多晶集合体模型和晶体塑性有限元模型,研究异步轧制纯铜箔塑性变形晶粒统计效应。考虑局部硬化耗散作用,根据取向分布函数在取向空间中的分布规律将晶体取向分配给各个晶粒的单元积分点,建立弹塑性大变形条件下的相关多晶体塑性模型,并将其引入隐式有限元法。对非均匀材料流动、铜箔厚度一定时接触压力和轧制力随晶粒尺寸增加而降低的变形行为进行研究。结果表明,在箔材厚度方向上只有少数几个晶粒时,晶粒尺寸、形貌和取向不再均匀分布于箔材中,材料的变形行为主要受到单个晶粒变形行为的影响,从而导致非均匀变形及模拟和实验结果更加离散。研究变形过程中滑移系的启动过程,晶粒取向对滑移系的启动和滑移带的形成具有重要影响,预测结果与表面层模型一致。随着晶粒尺寸的增加,表层晶粒效应增大,更加有利于降低轧制力和激活表层晶粒内滑移系的开动。通过箔材轧制实验和模拟,可以更加深入地理解异步轧制极薄带微塑性变形的机理。

关键词：极薄带轧制晶粒各向异性晶体塑性有限元变形行为

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铜箔轧制滑移系演化的晶体塑性有限元模拟

东北大学学报（自然科学版） 2016年第5期37卷 647-652页

作者：陈守东刘相华刘立忠孙祥坤东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819 东北大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110819

为了定量描述厚度尺寸对极薄带轧制微观变形不均匀性的影响,采用率相关晶体塑性理论和Voronoi图的多晶模型,考虑试样尺寸,晶体取向及其分布,模拟了不同厚度铜箔在相同压下率条件下的变形行为,得到了在细观尺度上铜箔的微观应力应变和滑... 详细信息

为了定量描述厚度尺寸对极薄带轧制微观变形不均匀性的影响,采用率相关晶体塑性理论和Voronoi图的多晶模型,考虑试样尺寸,晶体取向及其分布,模拟了不同厚度铜箔在相同压下率条件下的变形行为,得到了在细观尺度上铜箔的微观应力应变和滑移系分布.模拟获得的应力-应变曲线和实验测得的曲线基本一致.通过对20%压下率不同厚度铜箔的轧制变形的研究表明,无论是在晶粒内部还是在晶粒间,材料变形都非常不均匀,主要是由在铜箔厚度方向上只有一层晶粒时,晶粒尺寸、形貌和取向的不均匀分布,近邻晶粒取向差以及滑移系启动特性所引起的.

关键词：极薄带轧制晶体塑性有限元非均匀变形滑移系启动

轧制单层和少层晶铜箔塑性各向异性的晶体塑性有限元模拟

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中国有色金属学报 2021年第2期31卷 353-364页

作者：陈守东卢日环孙建李杰铜陵学院机械工程学院铜陵244061 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室沈阳110819

采用具有拉拔-压缩-剪切复合成形功能的微型异步轧机,对厚度方向具有单层和少层晶结构的铜极薄带开展箔轧实验。基于晶体塑性有限元理论,模拟分析复合轧制单层和少层晶铜极薄带的塑性各向异性行为。将单层和少层晶铜极薄带的初始织构和... 详细信息

采用具有拉拔-压缩-剪切复合成形功能的微型异步轧机,对厚度方向具有单层和少层晶结构的铜极薄带开展箔轧实验。基于晶体塑性有限元理论,模拟分析复合轧制单层和少层晶铜极薄带的塑性各向异性行为。将单层和少层晶铜极薄带的初始织构和晶粒形貌输入晶体塑性有限元模型,分析极薄带轧制成形中晶粒层次的滑移启动、定量应变演化以及变形局部化现象。同时,模拟分析单/多滑移系启动、滑移局部化以及与微观组织相关的变形演化。结果表明:轧制单层晶铜极薄带的滑移区域和局部化趋势主要依赖于晶粒形貌结构,晶体塑性有限元模型准确获得滑移启动及其滑移区域的演化。轧制少层晶铜极薄带的滑移和塑性变形具有明显的各向异性,且随晶粒层数的减少而增强。同一晶粒内部和相邻晶粒的晶界局部区域存在显著的滑移与变形差异,这为裂纹的萌生和缺陷的形成提供了有利的位置。

关键词：单层晶少层晶极薄带轧制晶体塑性各向异性