多晶體材料宏-細(xì)觀跨尺度力學(xué)性能分析.pdf

1、材料的宏觀性能與細(xì)觀性能相差甚遠(yuǎn)，已有的宏觀理論在細(xì)觀情況下通常不再適用，為更好地理解多晶體材料的力學(xué)性能，需要進(jìn)行宏觀，細(xì)觀跨尺度相結(jié)合的研究，但如何將這兩個(gè)尺度的現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)，無(wú)論對(duì)哪一學(xué)科都還是難題。本人導(dǎo)師李旭東教授在國(guó)內(nèi)首次提出的“微觀結(jié)構(gòu)—材料結(jié)構(gòu)—部件結(jié)構(gòu)”發(fā)展出“從大到小”與“從小到大”相銜接的“分層多尺度”數(shù)值計(jì)算手段，有效地建立了以計(jì)算幾何學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真/模擬、有限元數(shù)值計(jì)算為核心的應(yīng)用研究框架，構(gòu)建了以“數(shù)字材料+

2、數(shù)值材料+環(huán)境一體化”為特色的復(fù)合類材料服役性能/服役行為預(yù)測(cè)技術(shù)。本文根據(jù)導(dǎo)師提出的研究方法手段，進(jìn)行了實(shí)踐性的研究軟件工具開(kāi)發(fā)，和研究方法嘗試。本文首先介紹導(dǎo)師李旭東教授國(guó)內(nèi)首先提出的“材料微結(jié)構(gòu)計(jì)算學(xué)”，其次說(shuō)明CAE技術(shù)已經(jīng)成為整個(gè)材料科學(xué)研究的一部分，并發(fā)揮著關(guān)鍵作用。所以對(duì)材料科學(xué)研究中的有限元分析有著重要的意義。最后來(lái)介紹了本課題的涉及到的軟件平臺(tái)、軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言以及課題中涉及到的文件格式等做了相應(yīng)介紹。本文從實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模

3、擬等方面介紹了進(jìn)行多晶體材料的宏觀、細(xì)觀相結(jié)合研究的途徑，并對(duì)多晶體材料宏觀、細(xì)觀相結(jié)合的跨尺度研究進(jìn)行了著重介紹。依托ABAQUS有限元軟件，對(duì)多晶體材料試樣進(jìn)行宏觀的力學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真，然后利用課題組自主開(kāi)發(fā)軟件ProDesign結(jié)合C++、Python腳本編程實(shí)現(xiàn)在ABAQUS/CAE環(huán)境下對(duì)多晶體材料微結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維仿真，得到多晶體材料微結(jié)構(gòu)的幾何模型，材料參數(shù)的賦予，模型網(wǎng)格劃分，在此基礎(chǔ)上自主開(kāi)發(fā)軟件Submode BC為微結(jié)構(gòu)模型

4、定義邊界條件。結(jié)合本人自主開(kāi)發(fā)系列軟件程序?qū)崿F(xiàn)“從大到小”，“部件構(gòu)件—材料結(jié)構(gòu)—微觀結(jié)構(gòu)”研究技術(shù)。這里通過(guò)開(kāi)發(fā)單元插值程序?qū)崿F(xiàn)跨尺度為多晶體材料微結(jié)構(gòu)定義邊界條件，來(lái)模擬微觀組織結(jié)構(gòu)的服役環(huán)境。針對(duì)多晶體材料微結(jié)構(gòu)“材料結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)”，利用自主開(kāi)發(fā)軟件AutoORI來(lái)探索其晶體學(xué)取向?qū)Χ嗑w材料的微觀組織結(jié)構(gòu)中“材料結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)”力學(xué)行為的影響，以及對(duì)含夾雜物的多晶體材料微結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為的影響。第4章中闡述了基于有限元法的多晶體材料宏觀力學(xué)