内聚力单元在Voronoi元胞的晶间断裂模拟中的应用.pdf

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1、第l1期组合机床与自动化加工技术NO．112013年11月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueNOV．2013文章编号：1001—2265(2013)11—0026—04内聚力单元在Voronoi元胞的晶间断裂模拟中的应用张帆，赵建平(南京工业大学机械与动力工程学院，南京211816)摘要：应用二维Voronoi算法进行晶粒的几何建模，采用粘聚力模型模拟晶界的分离现象。以多晶铝为研究对象，研究了无缺陷条件下，施加单向拉伸载荷时，晶界的损伤和失效，以及整个模型的应力分布，并与有缺陷、单向拉伸时，晶界的损伤、应力的分布进

2、行了对比研究，发现在单向拉伸加栽的情况下，垂直于拉伸方向，最靠近加载边界的一条晶界带上出现了连续的失效单元，形成晶间断裂“裂纹”。模拟结果表明，随着单向拉伸载荷的增大，多晶铝晶界的损伤会加剧；晶界带上缺陷的数量与分布影响了整个模型的应力分布，因此不同内聚力单元的应力值随着载荷的增加呈现出不同的变化规律。关键词：多晶铝；晶间断裂；晶界损伤中图分类号：TH122；TG111．91文献标识码：A’IlheApplicationofCohesiveElementsinNumericalSimulationsoftheIntergranularFractureinVoronoiCellul

3、arModelsZHANGFan．ZHAOJian—ping(SchoolofMechanicalandPowerEngineering，NanjingUniversityofTechnology，Nanjing211816，China)Abstract：The2DVoronoialgorithmswereusedforgeometricmodelingofcrystallinegrains．Acohe—siveinterfacemodelwasusedtosimulatetheprocessofgrain-boundaryseparation．Polycrystallineal

4、umi—numwaschosenastheresearchobject．Undertheconditionofnodefectswhiletheuniaxialstretchingloadwasapplied，damageandfailureofthegrainboundariesaswellasthestressdistributionofthewholemodelwereinvestigated．Basedonthis，acomparativestudyongrain—boundarydamageandstressdistributionwasca~iedoutintheca

5、seofdefectivewhileuniaxiallystretched．IthasbeenfoundthatinthecaseofuniaxialstretchcontinuousfailureelementsappearedonthegrainboundaryperpendiculartOthestretchingdirection，closesttotheloadingsurface．ThisledtotheformationoftheSO—calledinterg—ranularfracture‘crack’．Thesimulationresultsshowedthat

6、astheuniaxialtensileloadincreasedthedamagetOthegrainboundariesofpo1ycrystallinealuminumwouldexacerbate，andduetotheeffectofquantityanddistributionofthedefectsingrainboundariesonstressdistributionoftheentiremodeldiffer—entcohesiveelementsshowedadifferentvariationinstressvaluewiththeincreaseofth

7、eload．Keywords：polycrystallinealuminum；intergranularfracture；grain—boundarydamage体积单元(RVE)的裂纹萌生与扩展；司良英等0引言采用晶体塑性有限元方法(CPFEM)对多晶铝在拉伸为了分析工程结构的耐用性和寿命周期，通常试验中的变形行为进行了数值模拟；Iesulauro等。。应采用唯象的损伤断裂模型，对其宏观破坏行为进用FRANC2D／L软件，研究了多晶铝晶粒构型、材料行数值模拟，然而，这种宏观同质