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冷作模具钢深冷处理组织和应力演变的rve模型分析

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上海金属 2021年第3期43卷 101-107页

作者：宁广胜蔡欣陈卓钟巍华黎军顽中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部北京102413 上海大学材料科学与工程学院上海200444

对Cr8Mo2SiV冷作模具钢的微观组织进行定量表征,重构其淬火后的代表体积元(rve)模型,并对其深冷处理过程进行微观尺度的数值分析,讨论深冷处理过程中微观组织和应力的演变规律。结果表明:深冷处理过程中应力的产生和演变由相变应力主导... 详细信息

对Cr8Mo2SiV冷作模具钢的微观组织进行定量表征,重构其淬火后的代表体积元(rve)模型,并对其深冷处理过程进行微观尺度的数值分析,讨论深冷处理过程中微观组织和应力的演变规律。结果表明:深冷处理过程中应力的产生和演变由相变应力主导,显微组织界面上的等效应力要明显大于奥氏体或马氏体内的等效应力,最大等效应力发生在奥氏体和马氏体的界面处,约769 MPa;在深冷处理过程中,碳化物界面附近产生了明显的应力集中,促进了残留奥氏体向马氏体的相变;深冷处理前后应力大幅度变化为细小均匀碳化物的沉淀析出提供了所需的驱动力。

关键词：深冷处理 rve模型应力演变冷作模具钢

基于rve模型的铝合金疲劳损伤分析及寿命评估

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农业装备与车辆工程 2023年第1期61卷 80-84页

作者：刘浩杨亚莉王以鹏上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海市201620

基于铝合金材料在汽车制造及轻量化过程中的推广应用,建立表征铝合金材料疲劳损伤失效的损伤模型,对研究铝合金材料在疲劳过程中的损伤机理以及预测疲劳剩余寿命等方面具有重要的意义。在阶段性疲劳损伤试验的基础上,获取并重构了不同... 详细信息

基于铝合金材料在汽车制造及轻量化过程中的推广应用,建立表征铝合金材料疲劳损伤失效的损伤模型,对研究铝合金材料在疲劳过程中的损伤机理以及预测疲劳剩余寿命等方面具有重要的意义。在阶段性疲劳损伤试验的基础上,获取并重构了不同阶段缺陷特性,在Digimat中建立代表性体积单元(rve)来简化材料结构整体的损伤演化。阶段性损伤仿真分析结果表明,分析结果与试验结果一致,该模型可以有效表征不同阶段损伤特性,混合型缺陷模型精度相对较高。基于ANSYS和n Code进行了寿命分析。结果表明,使用2种不同缺陷建立的混合型缺陷损伤模型预测的寿命更接近试验结果,更能有效反映缺陷演化特性。

关键词：铝合金阶段性损伤 rve模型弹性模量疲劳寿命

基于改进的Halpin-Tsai模型对颗粒增强复合材料弹性常数预测

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复合材料科学与工程 2024年第4期 33-39页

作者：武顺心朱水文湖北汽车工业学院汽车工程学院十堰442002 汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室十堰442002

为了预测不同形状颗粒增强复合材料的弹性常数,以碳化硅(SiC)颗粒增强环氧树脂为例,建立了不同颗粒形状的代表性体积元(rve)模型,研究了不同颗粒形状及其体积分数对复合材料弹性常数的影响。通过改进的Halpin-Tsai模型,得出了形状因子... 详细信息

为了预测不同形状颗粒增强复合材料的弹性常数,以碳化硅(SiC)颗粒增强环氧树脂为例,建立了不同颗粒形状的代表性体积元(rve)模型,研究了不同颗粒形状及其体积分数对复合材料弹性常数的影响。通过改进的Halpin-Tsai模型,得出了形状因子与体积分数、颗粒体积和几何因子之间的关系式。有限元模型和改进的Halpin-Tsai模型计算的复合材料弹性常数结果相近,最大误差仅为4%。研究表明,改进的Halpin-Tsai模型可以用于预测碳化硅颗粒增强环氧树脂复合材料的弹性常数。

关键词： Halpin-Tsai模型颗粒形状体积分数弹性模量 rve模型复合材料

基于ANSYS的多尺度GO-CF/EP复合材料弯曲性能仿真及试验验证

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复旦学报（自然科学版） 2024年第4期63卷 481-491页

作者：吕晋书马玉钦庞利沙王浩张育洋许怡虢海银长安大学工程机械学院道路施工技术与装备教育部重点实验室陕西西安710064 西安建筑科技大学陕西西安710055 西安电子科技大学机电工程学院陕西西安710071

石墨烯碳纤维混杂增强树脂基(GO-CF/EP)复合材料以其低密度和优异的力学性能等引起了科学界越来越广泛的关注。本文采用DIGIMAT软件对真空浸渗热压成型试验系统工艺(VIHPS)制备的GO-CF/EP复合材料建立代表性体积单元(rve),然后再利用AN... 详细信息

石墨烯碳纤维混杂增强树脂基(GO-CF/EP)复合材料以其低密度和优异的力学性能等引起了科学界越来越广泛的关注。本文采用DIGIMAT软件对真空浸渗热压成型试验系统工艺(VIHPS)制备的GO-CF/EP复合材料建立代表性体积单元(rve),然后再利用ANSYS软件构建GO-CF/EP三点弯曲有限元rve模型,并结合有限元仿真与试验结果来验证该模型的有效性,最后探究石墨烯(GO)含量对GO-CF/EP复合材料弯曲性能的影响。其中通过ANSYS仿真模拟得到的应力云图和弯曲强度数值,表明GO-CF/EP复合材料的微观组分比例会影响宏材料观力学性能,GO含量从0.00%增至0.50%,GO-CF/EP复合材料的弯曲强度提高了54.26%。再结合试验结果进行对比,发现通过ANSYS软件对GO-CF/EP复合材料的弯曲强度进行模拟得到的值较为准确,其中试验结果与软件模拟结果误差小于10%。因此ANSYS仿真结果可以用来预测GO-CF/EP复合材料的弯曲性能;此外还可以通过增强CF/基体的界面性能、增强基体的强度并在基体内部形成网状结构来提高GO-CF/EP复合材料的整体结构性能。

关键词：多尺度 rve模型 GO含量有限元仿真三点弯曲

三维四向碳/碳复合材料力学性能预测与试验验证

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复合材料科学与工程 2024年第3期 54-60页

作者：耿健董九志梅宝龙蒋秀明天津工业大学机械工程学院天津300387 天津工业大学天津市现代化机电装备技术重点实验室天津300387 中国纺织机械协会北京100020

针对三维四向碳/碳复合材料力学性能预测问题,基于参数传递多尺度分析方法建立微结构模型,并结合细观力学方法实现了基本力学性能的预测。首先在微观尺度采用随机扰动算法构造出纱线体积代表单元(rve)模型,预测得到纤维束有效性能参数... 详细信息

针对三维四向碳/碳复合材料力学性能预测问题,基于参数传递多尺度分析方法建立微结构模型,并结合细观力学方法实现了基本力学性能的预测。首先在微观尺度采用随机扰动算法构造出纱线体积代表单元(rve)模型,预测得到纤维束有效性能参数。同时,采用观察试验法构建三维四向碳/碳复合材料细观rve模型。最后通过均匀化理论准确预测了复合材料弹性性能参数,并讨论了纱线填充因子对三维四向碳/碳复合材料弹性性能参数的影响,开展了相关试验。结果表明:建立的多尺度有限元模型的拉伸模拟预测结果与试验结果误差在5.5%左右;复合材料弹性性能参数对纱线填充因子的敏感度各不相同。

关键词：三维四向碳/碳复合材料多尺度分析 rve模型弹性性能参数纱线填充因子

应变速率对X80管线钢铁素体/贝氏体应变分配行为的影响

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金属学报 2023年第10期59卷 1299-1310页

作者：王楠陈永楠赵秦阳武刚张震罗金恒长安大学材料科学与工程学院西安710064 中国石油集团石油管工程技术研究院西安710077

利用代表性体积元(rve)模型以及EBSD技术,研究了变形量为5%时X80管线钢中铁素体和贝氏体在不同应变速率(10-4~10-1 s-1)下的应变分配行为和微结构演变机制。结果表明,应变速率较低时,铁素体有充足的时间来完成几何必需位错(GNDs)向低角... 详细信息

利用代表性体积元(rve)模型以及EBSD技术,研究了变形量为5%时X80管线钢中铁素体和贝氏体在不同应变速率(10-4~10-1 s-1)下的应变分配行为和微结构演变机制。结果表明,应变速率较低时,铁素体有充足的时间来完成几何必需位错(GNDs)向低角度晶界(LAGBs)演变以及LAGBs向高角度晶界(HAGBs)的转变,使得应变畸变能得以释放,应变局域化程度较弱。随着应变速率增加,应变响应时间减少,使得LAGBs向HAGBs的转变过程受阻,导致铁素体内部积累了高密度的GNDs和LAGBs,从而加剧了应变局域化。同时,高应变速率时,铁素体和贝氏体间的应变分配系数降低,容易在其界面附近产生应变梯度,由此形成的GNDs堆积及界面背应力,使得铁素体和贝氏体分别呈现压应力和拉应力状态,极大地限制了两相间的应变协调性,增大了界面间应力集中,从而导致应变硬化能力降低。

关键词： X80 钢应变速率 rve模型应变局域化应变硬化

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基于相场法的周期性多孔结构断裂行为研究

力学学报 2022年第12期54卷 3430-3443页

作者：应宇轩黄玮马玉娥彭帆西北工业大学航空学院西安710072 长安大学理学院西安710061

周期性多孔结构具有质量轻、比密度低、比强度高、隔音等优良特点,同时也能很好地满足结构-功能一体化的需求,在许多领域具有广泛的应用前景.目前,对周期性多孔结构在复杂载荷下的力学响应和断裂行为的研究较少.采用细观力学和相场方法... 详细信息

周期性多孔结构具有质量轻、比密度低、比强度高、隔音等优良特点,同时也能很好地满足结构-功能一体化的需求,在许多领域具有广泛的应用前景.目前,对周期性多孔结构在复杂载荷下的力学响应和断裂行为的研究较少.采用细观力学和相场方法相结合,基于二维代表性体积单元rve模型,施加能实现比例加载的周期性边界条件,研究周期性多孔结构在复杂多轴比例加载状态下的裂纹萌生位置、断裂模式、承载极限及其变化规律.本文的数值模拟结果表明:首先,周期性多孔结构在竖直方向拉伸载荷作用下,裂纹均从孔边萌生并沿水平方向同步扩展;其次,在双轴载荷作用下,随着水平载荷的增加,结构在竖直方向的极限拉伸载荷逐渐增大;当双轴拉伸载荷等值时,结构的抗拉强度达到最大,此时断裂模式呈现为十字正交型开裂;最后,面内剪切应力的引入会导致结构的拉伸强度极限降低,孔边裂纹的萌生位置和扩展路径发生偏移,裂纹模式从单S型转变为双弧线型,裂纹向水平位置上相邻的孔洞扩展.随着水平载荷的增加,裂纹模式最终转变为斜裂纹,从孔边对角线位置萌生并沿着45°方向扩展.

关键词：周期性多孔结构相场断裂 rve模型多轴加载

一种考虑颗粒表面形貌的固体推进剂细观模型构建方法

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固体火箭技术 2023年第4期46卷 535-540页

作者：袁嵩蒋秋梅张镇国翁琳海军装备部西安710025 西安航天动力技术研究所固体推进全国重点实验室西安710025 上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620

为研究颗粒形貌对固体推进剂细观力学响应的影响规律,提出了一种考虑颗粒复杂形貌的固体推进剂细观模型构建方法。将Voronoi结构与Abaqus二次开发相结合,通过对Voronoi晶胞进行随机缩放、体积修正等处理,可以快速生成圆形/球形、多边形... 详细信息

为研究颗粒形貌对固体推进剂细观力学响应的影响规律,提出了一种考虑颗粒复杂形貌的固体推进剂细观模型构建方法。将Voronoi结构与Abaqus二次开发相结合,通过对Voronoi晶胞进行随机缩放、体积修正等处理,可以快速生成圆形/球形、多边形/多面体的二维/三维细观模型,多边形/凸多面体状态的填充比理论上可以达到1。数值仿真实例表明,应变大于10%之后,多边形颗粒的界面损伤发展逐步快于圆形颗粒,验证了该方法的有效性,可为固体推进剂多尺度精细化研究提供有益参考。

关键词：固体推进剂 rve模型多面体表面形貌 Voronoi结构

晶粒分布形态对焊趾短裂纹疲劳行为影响的模拟

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机械强度 2023年第1期45卷 84-90页

作者：胡珂魏国前闫梦煜冯梓彬李阿虎武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081

焊接结构的疲劳裂纹常常萌生于焊趾局部。在复杂的冶金物理作用下,焊趾局部的微观晶粒尺寸及其分布形态呈现明显差异性。为了探究晶粒分布形态对焊趾短裂纹疲劳行为的影响,针对十字焊接接头试件,对焊趾局部的不同区域进行了金相检验,获... 详细信息

焊接结构的疲劳裂纹常常萌生于焊趾局部。在复杂的冶金物理作用下,焊趾局部的微观晶粒尺寸及其分布形态呈现明显差异性。为了探究晶粒分布形态对焊趾短裂纹疲劳行为的影响,针对十字焊接接头试件,对焊趾局部的不同区域进行了金相检验,获得粗晶区和细晶区的平均晶粒尺寸,构建了虑及晶粒分布形态的二维代表性体积单元(rve)模型,基于FIP参量和McDowell模型实现了不同晶粒分布形态对焊趾短裂纹的成核与疲劳扩展行为的模拟,结果表明,微观晶粒尺寸和取向是焊趾短裂纹成核行为的重要影响因素;晶粒分布形态对短裂纹的早期行为影响较小,但在裂纹扩展至某个阈值长度之后,影响逐渐显著;一般情况下,细晶到粗晶的过渡方式可降低短裂纹的扩展速率。

关键词：晶粒分布形态焊趾短裂纹裂纹成核裂纹疲劳扩展 rve模型