Емельянова Е.С. Романова В.А. Балохонов Р.Р. Зиновьева О.С. Зиновьев А.В.
Микромеханическая модель деформационного поведения поликристаллических алюминиевых сплавов
Докладчик: Емельянова Е.С.
Трехмерные модели алюминиевых сплавов с явным учетом структуры и текстуры разработаны на основе физической теории пластичности кристаллов. Геометрические модели микроструктур, характерной для различных условий термического воздействия, сгенерированы на сетках разного разрешения методом пошагового заполнения. В рамках модельных представлений поликристаллические конгломераты рассматривались как совокупность монокристаллов с различной кристаллографической ориентацией относительно системы координат образца. Модели деформационного отклика зерен были построены на основе физической теории пластичности кристаллов, учитывающей анизотропию упруго-пластических свойств, связанную с кристаллическим строением. Для описания упрочнения построена феноменологическая зависимость, учитывающая деформационное и зернограничное упрочнение в виде аддитивных вкладов в критические напряжения сдвига. Подбор параметров и тестовые расчеты были проведены для монокристаллов различной ориентации в условиях сжатия. Анализ полученных результатов показал согласие с экспериментальными данными и аналитическими оценками напряжений начала течения на различных системах скольжения. Трехмерные поликристаллические модели были интегрированы в конечно-элементный пакет ABAQUS для решения краевых задач методом конечных элементов. Для оптимизации вычислительных затрат моделирование квазистатического деформирования проводилось в динамической постановке. Серия расчетов была проведена для определения условий совпадения динамического и статического решений с заданной точностью и сеточной сходимости.
Для анализа влияния механической и кристаллографической текстур на эволюцию напряженно-деформированного состояния были проведены расчеты для образцов с равноосными и вытянутыми зернами, характеризующиеся кубической текстурой различной остроты. Было получено, что кристаллографическая текстура оказывает более сильное влияние на локализацию пластической деформации по сравнению с формой зерен. Для нетекстурированных поликристаллов пластическая деформация на начальной стадии течения локализуется вблизи границ зерен, которые служат барьерами для распространения пластических сдвигов и источниками концентрации напряжений на микроуровне. На более поздней стадии растяжения формируются области локализации более крупного масштаба, имеющие некристаллографическую природу, которые могут быть отнесены к мезоуровню. Мезополосы локализованного сдвига проходят через всю поверхность независимо от кристаллографической ориентации зерен перпендикулярно направлению растяжения. Чем сильнее острота кристаллографической текстуры, тем больше поведение материала приближается к поведению монокристалла. В сильно текстурированных поликристаллах границы зерен вносят слабый вклад в сопротивление деформации, концентрация напряжений наблюдается лишь в единичных областях межзеренных границ, и уже на начальных этапах пластического течения происходит формирование мезополос локализованной деформации. Влияние формы зерен явно проявляется для нетекстурированных образцов, где основными источниками концентрации напряжений и локализации деформации являются границы зерен.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ № 18-501-12020 ННИО_а.
К списку докладов