宏細觀本構(gòu)關(guān)系數(shù)值化及其在有限元模擬中的應(yīng)用.pdf

1、混合硬化彈塑性本構(gòu)模型和率相關(guān)晶體塑性模型分別從宏觀和細觀尺度描述晶體材料的變形行為，反映了材料的各向異性屈服、塑性各向異性及率相關(guān)性特征，在先進塑性成形理論與技術(shù)研究發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用。然而，這些本構(gòu)模型數(shù)值化難度大，計算效率低，嚴(yán)重制約了它們在有限元模擬中的應(yīng)用。因此，本文對宏細觀本構(gòu)理論進行了系統(tǒng)深入的研究，提出了宏細觀本構(gòu)關(guān)系簡化模型，并對其數(shù)值化實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)提出了合理的處理方法，發(fā)展了相關(guān)的高效算法，基于ABAQUS

2、/Explicit平臺開發(fā)了用戶材料子程序，并成功地應(yīng)用這些模型對環(huán)件冷輾擴成形過程進行了有限元模擬研究。本文的主要研究內(nèi)容和獲得的結(jié)果有以下幾個方面。 在彈塑性本構(gòu)框架中引入各向同性硬化系數(shù)，建立了混合硬化彈塑性本構(gòu)模型；提出了基于彈性張量的應(yīng)力補償更新算法，提高了本構(gòu)模型的求解效率。以此為基礎(chǔ)開發(fā)了用戶材料子程序，從而成功實現(xiàn)了對變形過程中材料包辛格效應(yīng)的有限元模擬，為研究復(fù)雜加載條件下材料的各向異性硬化行為提供了有效手段。

3、 基于Kalidindi率相關(guān)晶體塑性模型，建立了中間構(gòu)形中以積分點應(yīng)力為主變量的隱式增量模型。設(shè)計了兩水平求解策略，簡化了求解過程，提高了求解效率。進而提出了以滑移系剪應(yīng)變增量為主變量的隱式增量模型，克服了兩個水平間迭代收斂困難的缺點。應(yīng)用自動修改同倫的延托算法求解這兩個模型，增強了計算的穩(wěn)健性，成功實現(xiàn)了在大變形、大應(yīng)變率和大時間步長條件下應(yīng)用率相關(guān)晶體塑性模型對包含加載和卸載的復(fù)雜成形過程的三維有限元模擬。 另一方

4、面，應(yīng)用Taylor級數(shù)展開對滑移系非線性流動法則線性化，基于合理的簡化，提出了率相關(guān)晶體塑性的顯式增量模型，并采用全主元高斯消去法進行求解。該模型和算法從根本上克服了率相關(guān)晶體塑性模型數(shù)值求解的困難，從而大大提高了計算效率。這使得以往必須在多CPu的工作站或機群上才能實現(xiàn)的計算，在個人計算機上變得可行。 在晶體塑性模型中引入隨體坐標(biāo)系，簡化了對晶粒取向演化的計算，以此為基礎(chǔ)開發(fā)了用戶材料子程序。鐓粗和筒形件拉深等體積和板料成形