孪生诱导塑性(twinning-induced plasticity,TWIP)钢作为先进高强度钢,因高强度与优异延展性在汽车领域应用潜力巨大.冷轧是提升其强度的关键手段,其变形过程中的微观组织演变、织构变化及变形异质性对性能影响显著,而现有实验手段在动...孪生诱导塑性(twinning-induced plasticity,TWIP)钢作为先进高强度钢,因高强度与优异延展性在汽车领域应用潜力巨大.冷轧是提升其强度的关键手段,其变形过程中的微观组织演变、织构变化及变形异质性对性能影响显著,而现有实验手段在动态追踪、表征等方面存在局限,需借助模拟方法深入探究.因此,本文采用考虑孪生机制的唯象晶体塑性模型开展了TWIP钢冷轧行为仿真,通过引入网格重划分技术有效解决了网格畸变引发的数值失稳问题.晶体塑性模拟所得冷轧过程织构演变规律与实验结果一致,晶体塑性模拟表明,在TWIP钢的冷轧变形过程中,高平均取向差(kernel average misorientation,KAM)区域呈现Goss织构占比较高而Brass和Copper织构占比较低的特征,低KAM值区域则相反.研究进一步发现,轧制过程中晶粒变形程度表现为3种典型模式:晶粒内部变形异质性大导致破碎且取向分散;变形异质性小使晶粒保持完整且内部取向集中;晶粒分裂为若干变形均匀且取向集中的子区域,各区域间取向差异显著并呈现晶粒细化现象.此外,晶粒取向在轧制过程中存在规律性旋转:大部分晶粒向[1,1,1]和[0,0,1]平行于轧制方向旋转,在反极图中最终取向集中分布于[1,1,1]和[0,0,1]两方向连线附近,其中[1,1,1]方向取向最为密集;在平行于轧制厚度方向上,在反极图中晶粒最终取向集中分布于[0,1,1]与[1,1,2]的连线附近.综上,本文通过晶体塑性有限元方法结合网格重划分技术,系统揭示了TWIP钢冷轧过程中变形异质性的动态演化规律,阐明了微观结构(如晶粒取向、织构组分)的演变规律,为理解材料塑性变形与性能调控的关联提供了参考.展开更多
为准确表征扣件弹性垫板的非线性动力学性能,将超弹性本构和线性黏弹性本构相结合,同时考虑垫板塑性,建立扣件弹性垫板非线性黏弹性-塑性本构模型;以中国高速铁路WJ-8B型扣件弹性垫板为研究对象,根据垫板的材料特性,结合各种本构模型的...为准确表征扣件弹性垫板的非线性动力学性能,将超弹性本构和线性黏弹性本构相结合,同时考虑垫板塑性,建立扣件弹性垫板非线性黏弹性-塑性本构模型;以中国高速铁路WJ-8B型扣件弹性垫板为研究对象,根据垫板的材料特性,结合各种本构模型的优缺点,分别采用Yeoh模型、Berg摩擦模型和高阶分数阶导数模型(Fraction Voigt and Maxwell model in Parallel,FVMP)对垫板的超弹性、黏弹性和塑性特性进行表征;利用配有高低温试验箱的MFT-250加载系统分别对垫板进行变温静载试验、低频大振幅试验和定频变温试验,求取各本构模型中的参数;通过前述3种试验探究温度对垫板超弹性、黏弹性和塑性的影响。结果表明:当温度高于-40℃时,垫板非线性性质较显著,且垫板所受荷载越大,位移非线性增大趋势越明显;各温度下垫板动态塑性力-位移滞回曲线主刚度与静态力学试验结果变化趋势一致;垫板储能刚度随温度降低逐渐增大,而耗能刚度则随温度降低先增后减,峰值处温度为-46℃;损耗因子在-42℃时达到峰值,约为玻璃化转变温度;非线性黏弹性-塑性模型相较于线性黏弹性-塑性模型拟合效果更好,能全面反映垫板非线性动力学特性;该组合模型可进一步嵌入车辆-轨道耦合动力学仿真平台,为车辆-轨道系统动力学性能优化、减振降噪技术研发提供模型支撑。展开更多
文摘孪生诱导塑性(twinning-induced plasticity,TWIP)钢作为先进高强度钢,因高强度与优异延展性在汽车领域应用潜力巨大.冷轧是提升其强度的关键手段,其变形过程中的微观组织演变、织构变化及变形异质性对性能影响显著,而现有实验手段在动态追踪、表征等方面存在局限,需借助模拟方法深入探究.因此,本文采用考虑孪生机制的唯象晶体塑性模型开展了TWIP钢冷轧行为仿真,通过引入网格重划分技术有效解决了网格畸变引发的数值失稳问题.晶体塑性模拟所得冷轧过程织构演变规律与实验结果一致,晶体塑性模拟表明,在TWIP钢的冷轧变形过程中,高平均取向差(kernel average misorientation,KAM)区域呈现Goss织构占比较高而Brass和Copper织构占比较低的特征,低KAM值区域则相反.研究进一步发现,轧制过程中晶粒变形程度表现为3种典型模式:晶粒内部变形异质性大导致破碎且取向分散;变形异质性小使晶粒保持完整且内部取向集中;晶粒分裂为若干变形均匀且取向集中的子区域,各区域间取向差异显著并呈现晶粒细化现象.此外,晶粒取向在轧制过程中存在规律性旋转:大部分晶粒向[1,1,1]和[0,0,1]平行于轧制方向旋转,在反极图中最终取向集中分布于[1,1,1]和[0,0,1]两方向连线附近,其中[1,1,1]方向取向最为密集;在平行于轧制厚度方向上,在反极图中晶粒最终取向集中分布于[0,1,1]与[1,1,2]的连线附近.综上,本文通过晶体塑性有限元方法结合网格重划分技术,系统揭示了TWIP钢冷轧过程中变形异质性的动态演化规律,阐明了微观结构(如晶粒取向、织构组分)的演变规律,为理解材料塑性变形与性能调控的关联提供了参考.
文摘为准确表征扣件弹性垫板的非线性动力学性能,将超弹性本构和线性黏弹性本构相结合,同时考虑垫板塑性,建立扣件弹性垫板非线性黏弹性-塑性本构模型;以中国高速铁路WJ-8B型扣件弹性垫板为研究对象,根据垫板的材料特性,结合各种本构模型的优缺点,分别采用Yeoh模型、Berg摩擦模型和高阶分数阶导数模型(Fraction Voigt and Maxwell model in Parallel,FVMP)对垫板的超弹性、黏弹性和塑性特性进行表征;利用配有高低温试验箱的MFT-250加载系统分别对垫板进行变温静载试验、低频大振幅试验和定频变温试验,求取各本构模型中的参数;通过前述3种试验探究温度对垫板超弹性、黏弹性和塑性的影响。结果表明:当温度高于-40℃时,垫板非线性性质较显著,且垫板所受荷载越大,位移非线性增大趋势越明显;各温度下垫板动态塑性力-位移滞回曲线主刚度与静态力学试验结果变化趋势一致;垫板储能刚度随温度降低逐渐增大,而耗能刚度则随温度降低先增后减,峰值处温度为-46℃;损耗因子在-42℃时达到峰值,约为玻璃化转变温度;非线性黏弹性-塑性模型相较于线性黏弹性-塑性模型拟合效果更好,能全面反映垫板非线性动力学特性;该组合模型可进一步嵌入车辆-轨道耦合动力学仿真平台,为车辆-轨道系统动力学性能优化、减振降噪技术研发提供模型支撑。
