多晶體材料宏-細觀跨尺度力學性能分析.pdf

1、材料的宏觀性能與細觀性能相差甚遠，已有的宏觀理論在細觀情況下通常不再適用，為更好地理解多晶體材料的力學性能，需要進行宏觀，細觀跨尺度相結合的研究，但如何將這兩個尺度的現(xiàn)象聯(lián)系起來，無論對哪一學科都還是難題。本人導師李旭東教授在國內首次提出的“微觀結構—材料結構—部件結構”發(fā)展出“從大到小”與“從小到大”相銜接的“分層多尺度”數(shù)值計算手段，有效地建立了以計算幾何學、計算機仿真/模擬、有限元數(shù)值計算為核心的應用研究框架，構建了以“數(shù)字材料+

2、數(shù)值材料+環(huán)境一體化”為特色的復合類材料服役性能/服役行為預測技術。本文根據(jù)導師提出的研究方法手段，進行了實踐性的研究軟件工具開發(fā)，和研究方法嘗試。本文首先介紹導師李旭東教授國內首先提出的“材料微結構計算學”，其次說明CAE技術已經(jīng)成為整個材料科學研究的一部分，并發(fā)揮著關鍵作用。所以對材料科學研究中的有限元分析有著重要的意義。最后來介紹了本課題的涉及到的軟件平臺、軟件開發(fā)語言以及課題中涉及到的文件格式等做了相應介紹。本文從實驗和計算機模

3、擬等方面介紹了進行多晶體材料的宏觀、細觀相結合研究的途徑，并對多晶體材料宏觀、細觀相結合的跨尺度研究進行了著重介紹。依托ABAQUS有限元軟件，對多晶體材料試樣進行宏觀的力學實驗仿真，然后利用課題組自主開發(fā)軟件ProDesign結合C++、Python腳本編程實現(xiàn)在ABAQUS/CAE環(huán)境下對多晶體材料微結構進行三維仿真，得到多晶體材料微結構的幾何模型，材料參數(shù)的賦予，模型網(wǎng)格劃分，在此基礎上自主開發(fā)軟件Submode BC為微結構模型

4、定義邊界條件。結合本人自主開發(fā)系列軟件程序實現(xiàn)“從大到小”，“部件構件—材料結構—微觀結構”研究技術。這里通過開發(fā)單元插值程序實現(xiàn)跨尺度為多晶體材料微結構定義邊界條件，來模擬微觀組織結構的服役環(huán)境。針對多晶體材料微結構“材料結構弱點”，利用自主開發(fā)軟件AutoORI來探索其晶體學取向對多晶體材料的微觀組織結構中“材料結構弱點”力學行為的影響，以及對含夾雜物的多晶體材料微結構的力學行為的影響。第4章中闡述了基于有限元法的多晶體材料宏觀力學