利用数字图像相关与晶体塑性有限元模拟表征滑移与孪生活动:正交晶系 $\alpha$-铀的应用
材料科学
2020-11-24 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
标定与验证晶体塑性材料模型是一项重大挑战,尤其对于具有众多潜在滑移与孪生系统的材料。此处我们在拉伸试验期间对粗晶 -铀使用数字图像相关,并结合晶体塑性有限元模拟。该方法使我们能够确定不同滑移与孪生系统的临界分切应力及硬化速率。本构模型以位错密度作为状态变量,模拟几何由电子背散射衍射图像构建,其提供晶粒的形状、尺寸与取向,从而实现虚拟实验与真实实验的直接对比。采用优化算法寻找能复现各晶粒平均应变随载荷增加演化的模型参数。使用一个包含四个沿载荷方向排列晶粒的拉伸棒,以八个未知参数对模型进行标定。随后通过模拟第二个拉伸棒中的应变分布对该方法进行独立验证。评估了孪生系统硬化的不同机制。最活跃孪生系统的潜硬化被证明由共面孪晶与滑移决定。最活跃滑移系统的硬化速率低于细晶 -铀。本研究开发的方法可用于识别其他粗晶材料的临界分切应力与硬化参数。
引用
@article{arxiv.2011.10956,
title = {Characterisation of slip and twin activity using digital image correlation and crystal plasticity finite element simulation: Application to orthorhombic $\alpha$-uranium},
author = {Nicolò Grilli and Philip Earp and Alan C. F. Cocks and James Marrow and Edmund Tarleton},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.10956},
year = {2020}
}