晶体粒度构型演化的多物理模型

当金属在高温下机械加载时（即300 °C以上），其晶粒构型因多种物理机制而演化。其中两种现象为：由于运输性增加而导致的晶界曲率驱动迁移，以及由于严重塑性变形而形成亚晶粒。类似的现象也见于严重塑性变形后的热处理工序中。晶界迁移和塑性变形同时改变给定物质点处的晶格取向，这在一致性模拟中具有挑战性。大多数现有仿真方法通过分别应用针对机械变形和晶界迁移的专用模型来顺序处理此问题。通过认识到 Cosserat 连续介质代表着处理导致晶格再取向的不同机制之间的耦合的理想框架，这一问题取得了重要进展，因为旋转在该框架下是天然的自由度。在本文中，我们提出并实现了一个多物理模型，将 Cosserat 晶体塑性与 Henry-Mellenthin-Plapp (HMP) 类型取向相位场耦合在统一的热力学一致框架中，用于构型演化。与基于 Kobayashi-Warren-Carter (KWC) 相位场的模型相比，HMP 公式从自由能密度中消除了线性于取向梯度的非物理项，从而消除晶界之间的长程相互作用。进一步地，HMP 取向相位场可以处理倾斜相关的晶界能。我们在二维有限元框架中评估了模型的预测和数值性能，并将其与基于 KWC 相位场耦合 Cosserat 力学的先前研究结果进行比较。