双相不锈钢裂纹萌生及扩展的有限元模拟

【摘要】双相不锈钢兼有奥氏体钢与铁素体钢的双重特点,广泛应用于核电站压水堆一回路主冷却管道、阀体与冷却泵等压力边界部件。双相不锈钢在冷却剂服役温度下长期工作,会发生热老化脆化,导致其临界裂纹尺寸下降,进而威胁一回路压力边界的完整性。一回路压力边界双相不锈钢零部件及时更换困难,不易于无损检验,利用计算机模拟已经成为解决一回路压力边界材料实际工况问题的重要手段和有效组成部分。本研究的双相钢原位拉伸有限元模拟是基于Gurson-Tvergaard-Needleman细观损伤模型,将相应的损伤力学与有限元数值计算方法结合,利用完全隐式应力迭代算法,并考虑了双相钢弹塑性的各向同性硬化行为,通过自定义子程序UMAT将损伤模型嵌入到有限元软件ABAQUS中。从宏观与细观双重尺度上对双相钢弹塑性变形与裂纹萌生及扩展的过程进行了初步的数值模拟计算,并在原位拉伸试验的基础上进行分析研究。模拟结果表明：利用有限元软件ABAQUS可以有效的模拟表征双相钢的复杂损伤演化行为及缺陷之间的交互作用,亦能较好反映双相钢弹塑性变形的物理本质,各向同性硬化与GTN损伤相结合模拟双相钢弹塑性变形过程中各项缺陷的演化及其对裂纹扩展的影响等方面是有效的。本文主要研究内容如下：(1)首次将各向同性硬化的本构模型及修正后的GTN损伤模型同时引入到双相钢弹塑性有限元模型中,并开发了用户自定义材料本构关系子程序UMAT,初步实现了基于ABAQUS的双相钢弹塑性变形过程的有限元模拟。(2)利用Voronoi算法和Delaunay函数的对偶关系完成了在Matlab中多晶几何模型的建立,采用Euler空间剖分法为其模型结构赋予随机的晶粒取向,并使用基于Python脚本及INP文件的办法导入ABAQUS-CAE实现分析模型的建立。(3)借助AUTOCAD软件将金相组织转化并成功导入ABAQUS进行了亮相建模,继而两相弹塑性属性与各自的损伤模型分别赋予各自的区域,使拉伸过程中弹塑性变形有了物理基础。(4)在试验基础上系统确定确定了材料本构模型中的参数并有效模拟了双相钢标准试样的平面应变拉伸变形过程,较为准确地预测了多晶拉伸变形的应力应变曲线。(5)研究了平面应变拉伸变形过程中的典型位置裂纹区域的应力分布,并分析了孔洞与夹杂及其交互作用对裂纹扩展的影响,比较了不同位置裂纹的演化过程,以及同一位置不同裂纹类型的扩展过程。(6)利用扩展有限元的方法建立了随机取向的多晶模型与不同晶体缺陷的模型,分析了空洞与夹杂及其交互作用对裂纹扩展的影响,比较了不同位置裂纹扩展的过程,初步实现了拉伸过程中损伤演化的过程的预测。
【作者】王富广；
【导师】王正品；
【作者基本信息】西安工业大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】双相钢；有限元；ABAQUS；裂纹萌生；裂纹扩展；损伤演化；

【参考文献】
[1]郑天宇.基于四元数注意力选择和脉冲耦合神经网络的足球检测[D].复旦大学,电路与系统,2012,硕士.
[2]黄锐.多专业协作的高职游戏软件专业课程体系研究[J].艺术科技,2013,08:10.
[3]张稳.基于神经网络的语音识别系统的实现[D].成都理工大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[4]谢克明,郭红波,谢刚,续欣莹.人工免疫算法及其应用[J].计算机工程与应用,2005,20:77-80+84.
[5]沈颖.《中国图书商报》畅销书排行榜研究（2002-2011）[D].安徽大学,传播学,2013,硕士.
[6]吴孟飞.质子交换膜燃料电池树状分形流场研究[D].浙江工业大学,机械制造及其自动化,2012,硕士.
[7]于舒曼.从“移植”到“融通”：基础教育课程改革中思想理论基础再构建[D].渤海大学,课程与教学论,2013,硕士.
[8]史永峰.RD公司医药物流发展研究[D].长安大学,物流工程,2013,硕士.
[9]赵敬.复杂网络上的疾病传播与抑制策略研究[D].天津理工大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[10]孙凌.同型半胱氨酸和硫化氢的动态平衡与肺动脉高压的相关性[D].南方医科大学,内科学,2014,博士.
[11]张莉.智能靶向纳米凝胶的构建及其抗肿瘤机制研究[D].第二军医大学,肿瘤学,2013,硕士.
[12]庞源.A银行法人客户信用评级管理研究[D].吉林大学,高级管理人员工商管理,2012,硕士.
[13]卢宝玉.内蒙古昆都地区西古井子北山铜多金属矿床地质特征[D].石家庄经济学院,矿物学、岩石学、矿床学,2012,硕士.
[14]赵永明.串珠素对体外培养破骨细胞活性的影响[D].青岛大学,骨外科学,2013,硕士.
[15]邵洋.维斯塔斯风力技术公司精益六西格玛应用研究[D].天津大学,工商管理,2013,硕士.
[16]李慧.穴位埋线配合天王补心丹治疗阴虚火旺型失眠的临床研究[D].广州中医药大学,针灸推拿学（专业学位）,2013,硕士.
[17]洪俊峰.基于iCore的水下短指令集语音通信系统[D].厦门大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[18]刘梦雨.国际投资法中的公平和公正待遇研究[D].中国政法大学,比较法学,2013,硕士.
[19]胡小勇.碳基复合材料的制备及其电化学储能性能[D].湖南大学,2013.
[20]顾晟曦.物联网信息发现系统的研究与设计[D].复旦大学,计算机软件与理论,2012,硕士.
[21]李群,吴晓欢,米红.中国沿海地区农民工社会保险的实证研究[J].中国农村经济,2005,03:68-74+80.
[22]钟玲.湖南省高速公路通行费流失问题研究[D].湖南大学,公共管理,2010,硕士.
[23]王广伟.企业声誉对顾客认同的影响研究[D].浙江大学,2008.
[24]窦雪梅.提高回收丙烯在聚丙烯反应中的掺炼率的研究[D].南京理工大学,化学工程,2012,硕士.
[25]孔岚.产业技术创新联盟的社会资本贡献研究[D].南京邮电大学,企业管理,2013,硕士.
[26]杨洋.数控铣床主轴热误差建模及实验研究[D].北京工商大学,机械制造及其自动化,2012,硕士.
[27]高向东.辽化保运分公司人力资源管理研究——奖酬制度设计与绩效考评初探[D].大连理工大学,工商管理,2003,硕士.
[28]徐敏.成都市青白江物流园区土地集约利用效果评价专题研究[D].电子科技大学,公共管理（专业学位）,2012,硕士.
[29]张玉伟.管板节点在节点区受力性能的试验研究与理论分析[D].北京建筑大学,结构工程,2013,硕士.
[30]张馨元.k元n立方体和增广k元n立方体的匹配排除[D].湖北大学,运筹学与控制论,2012,硕士.
[31]吴亮.氧化锌的掺杂效应以及石墨烯结构缺陷的第一性原理研究[D].苏州大学,材料学,2013,硕士.
[32]党冰.龙山石窟危岩体稳定性评价及加固措施[D].兰州大学,建筑与土木工程（专业学位）,2013,硕士.
[33]张炜.普创宝马公司竞争战略研究[D].兰州大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[34]忽澜.资源型地区鄂尔多斯市可持续发展研究[D].内蒙古师范大学,中国少数民族经济,2012,硕士.
[35]张力元.初级留学生疑问句的问答研究[D].华中科技大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[36]戴上,张焰,祝达康.含有微电网的配电网规划方法[J].电力系统自动化,2010,22:41-45.
[37]薛睿.伴交感神经症状的脊髓型颈椎病前路手术中切除后纵韧带的早期疗效研究[D].河北医科大学,外科学（专业学位）,2013,硕士.
[38]徐盟.我国养老服务产业发展对策研究[D].首都师范大学,马克思主义基本原理,2014,硕士.
[39]牛康.新型玉米果穗螺旋输送装置的试验研究及应用[D].河南科技大学,农业机械化工程,2013,硕士.
[40]王伟坤.从三则案例探析挪用公款罪的疑难问题[D].兰州大学,刑法学（专业学位）,2013,硕士.
[41]赵文生.三维集成电路中新型互连结构的建模方法与特性研究[D].浙江大学,2013.
[42]李琦.盘锦市中小学师资队伍管理研究[D].大连理工大学,MPA（专业学位）,2012,硕士.
[43]董瑞.消费者涉入程度、感知风险与网络购买意愿关系的实证研究[D].山东大学,企业管理,2013,硕士.
[44]王婧.曲线本底估计法在海底X荧光分析中应用研究[D].成都理工大学,核技术及应用,2013,硕士.
[45]刘晓会.激光干涉法测量火焰温度[D].东北师范大学,光学,2012,硕士.
[46]张宏新.弧齿锥齿轮虚拟现实加工过程的研究[D].新疆大学,机械工程,2013,硕士.
[47]易铭.心电血压联合监测系统的关键性技术研究[D].中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所),电路与系统,2013,硕士.
[48]付玉荣.双歧杆菌脂磷壁酸延缓衰老的实验研究[D].重庆医科大学,临床检验诊断学,2004,硕士.
[49]黄海林.基于IMAC400的超精密车床控制系统设计[D].哈尔滨工业大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[50]郑鹏华.砂梨休眠期花芽碳水化合物代谢及相关基因表达研究[D].浙江大学,园艺学,2013,硕士.