考虑晶粒随机取向的金属铍中微观应力应变场有限元分析

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作为一种低原子序数结构材料,铍具有显著的综合物理性能和机械性能,在核能、航空和航天等领域,铍部件的使用量在日益增大。铍是一种较活泼的脆性金属,在应用领域中常产生脆化效应,极大的影响着铍的机械性能。因此,本文应用有限元方法对铍材受拉、压、集中载荷时,内部的应力应变分布进行了数值模拟。围绕这一问题,本文主要做了以下工作:   1、根据金属铍材的扫描电镜图,建立了两种相近的晶粒模型,即:方形、六边形。   2、本文根据金属铍内部结构是各向异性的密排六方体,对两种不同模型进行了两种方式的内部参数的设置。第一种是传统意义上模拟时,把铍材内部所有晶粒的材料参数都认为是相同的。第二种是通过对密排六方结构刚度矩阵的理论推导,计算出46组参数值,再把46组参数值随机赋给每一个晶粒,从而达到铍材内部晶粒取向的随机性的特点。   3、对两种晶粒模型的铍材,在受到压缩、拉伸和集中应力三种情况进行了数值模拟,得到受载后内部的应力应变云图。   通过对材料参数随机分布设置,模拟两种不同形状铍晶粒在受到压缩、拉伸和集中应力三种情况受载时发现:整个铍材内部各处应力的分布是随材料参数的不同而分布不同。由于晶粒材料参数不同所导致各个晶粒的变形不同,应力最大值大都分布在晶粒与晶粒的接触处,从而使晶界处产生应力集中,容易发生断裂。研究结果将为防止铍材受载后断裂提供了有效的数值理论基础。
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