梯度结构材料拉压行为的本构建模
材料科学
2020-02-11 v1
摘要
通过剧烈塑性变形技术加工的梯度结构（GS）金属可被设计以同时实现高强度与高延展性。显著的运动硬化是其优异应变硬化能力的核心，并带来有利的强度-延展性组合。遗憾的是，尚无本构模型被建立以模拟和分析 GS 金属的特征运动硬化行为，从而理解其微观结构与宏观响应间的关系。本工作中，我们开发了基于变形机制的应变梯度塑性模型，考虑了从晶粒到样品尺度的塑性异质性。建立了考虑位错塞积对晶粒尺寸依赖性的背应力模型，以描述 GS 材料的循环变形特性。所建模型将几何必需位错（容纳内部塑性异质性）、由此产生的背应力以及反向加载过程中的可逆位错统一纳入应变梯度塑性框架，而未引入过多独立材料参数。该模型的有限元实现定量预测了 GS 铜棒及具有均匀晶粒尺寸的参考样品的单轴拉伸与拉压响应。研究发现，GS 铜表现出增强的运动硬化，主要源于 GS 层中的细晶粒，并有助于该 GS 材料可观的延展性。该模型可用于研究具有各类空间异质晶粒微观结构材料的力学响应并优化其性能。
引用
@article{arxiv.2002.03775,
title = {Constitutive modeling of the tension-compression behavior of gradient structured materials},
author = {Jianfeng Zhao and Xiaochong Lu and Jinling Liu and Chen Bao and Guozheng Kang and Michael Zaiser and Xu Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.03775},
year = {2020}
}