晶体塑性有限元多尺度框架下蠕变过程中晶界滑移引起的局部应力状态评估

先前的研究表明，晶界滑移会加速蠕变速率并产生大的内应力，从而导致损伤发展，例如楔形裂纹的形成。本研究通过开发一个计算框架，更深入地揭示了晶界滑移（GBS）在蠕变过程中对真实多晶集合体变形行为的影响，该框架结合了：i) 在晶界处使用界面单元进行滑移，ii) 特殊的 triple point（二维）或 triple line（三维）单元以防止微观结构中这些位置的人工膨胀，以及 iii) 基于物理的晶体塑性本构模型用于单个晶粒的与时间相关的非弹性变形。不同尺度的实验数据用于校准该框架并与模型预测进行比较。我们特别考虑了晶界滑移在 316 型不锈钢蠕变过程中的影响，该材料广泛用于英国先进气冷核反应堆（AGRs）机队的结构部件。研究发现，晶粒的各向异性变形以及相邻晶粒间晶体学取向的不匹配，在决定给定晶界上的滑移程度方面起着重要作用。它们对晶粒内应力发展（特别是在三晶交界处）以及横向晶界上轴向应力增加的影响被量化。文章表明，晶面上的应力大小高度依赖于相邻晶粒的晶体学取向和相对滑移量。在相邻晶粒由塑性较硬晶体学取向组成的情况下，垂直于外加载荷的晶界往往承受更高量级为 100-180 MPa 的法向应力。