کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
5455348 1514640 2017 53 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Grain size-dependent crystal plasticity constitutive model for polycrystal materials
ترجمه فارسی عنوان
مدل سازنده کریستالی وابسته به اندازه دانه برای مواد پلی کریستالی
کلمات کلیدی
مدل سازنده وابسته به اندازه دانه، پلاستیک کریستال، مدل پدیده شناسی مدل مبتنی بر جابجایی، پیکربندی هسته و گوشته
ترجمه چکیده
در نظر گرفتن پیکربندی هسته و گوشته برای دانه های فردی یک روش برجسته برای جذب وابستگی اندازه دانه در مدل های سازنده برای مواد پلی کریستالی است. گوشته نشان دهنده یک منطقه از حجم دانه در نزدیکی مرز دانه است، جابجایی مکانیکی تحت تاثیر مرزهای دانه، در حالی که هسته نشان دهنده منطقه داخلی حجم دانه است. پس از اندازه گیری وابستگی دانه، با تعیین مجموعه ای از مقادیر برای خواص مکانیکی در گوشته که متفاوت از مناطق هسته است، متوجه می شوید. با این حال، این مقادیر برای خواص مکانیکی منطقه گوشته معمولا به صورت خودسرانه انتخاب می شوند، که تنها با کیفیت توافق بین رفتار پیش بینی شده تنش-مدل با مدل آزمایش شده به دست آمده هدایت می شود. در مطالعه حاضر، یک روش مبتنی بر فیزیک برای توسعه شکل گیرنده پلاستیکی کریستالی وابسته به اندازه دانه بر پایه پیکربندی هسته و گوشته برای مواد پلی کریستال ارائه شده است. این روش بر این فرض استوار است که هر گونه مقاومت در برابر نوسانی و حرکت جابجایی در یک ماده به عنوان افزایش استحکام عملکرد و کاهش مدول سخت شدن کرنش و رابطه متقابل بین مقاومت به کار و سخت شدن سوپرمن، یک ویژگی ممتاز مواد است که تعیین کننده پلاستیک آن مواد خاص است. بر این اساس، یک مدل سازنده ی یکپارچه ی کریستالی که رفتار رفتار مواد زیر بارگیری را توصیف می کند می تواند برای افزایش مقاومت در برابر نوسان سازی و حرکت در منطقه نفوذ مرز دانه مورد استفاده قرار گیرد. مدلسازی مبتنی بر فیزیک با معرفی یک توزیع کرنش جریان برشی در فرمول پدیدارشناختی و توازن توزیع تراکم جابجایی در فرمولاسیون مبتنی بر جابجایی تسهیل می شود به طوری که تغییرات ناشی از استحکام عملکرد و مدول سخت شدن کرنش یکسان است با افزایش مقاومت در منطقه نفوذ مرز دانه. بنابراین، افزایش قدرت و کاهش مدول سخت شدن کششی، که به عنوان خواص مادی محلی محلی در گوشته تعریف می شوند، به واسطه خواص پلاستیکی ذاتی ذاتی خاصی که به مواد اختصاص دارد، مستقل از اندازه دانه می باشند. یک مدل ساده که محدوده اثر مرز دانه بر حجم دانه را در نظر می گیرد نیز تحت این چارچوب کلی توسعه داده شده است. پیاده سازی این مدل ساده با درنظر گرفتن موردی از قانون جریان جریان قدرت و یک قاعده تشدید هیپربولیک-مخفی برای فرمول پدیدارشناختی و رابطه قدرت استحکام تیلور برای فرمول بندی مبتنی بر جابجایی نشان داده شده است. در نهایت، مدل سازنده وابسته به اندازه دانه، با مقایسه رفتار پیش بینی شده تنش-کرنش نمونه های پلی کریستالی مس در بارگیری دو طرفه با نتایج آزمایش، معتبر است.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه مهندسی مواد دانش مواد (عمومی)
پیش نمایش مقاله
مدل سازنده کریستالی وابسته به اندازه دانه برای مواد پلی کریستالی
چکیده انگلیسی
Consideration of a core and mantle configuration for individual grains is a prominent method to capture the grain size-dependence in the constitutive models for polycrystal material. The mantle represents a region of the grain volume near the grain boundary where mechanical deformation is influenced by the grain boundaries, while the core represents the inner region of the grain volume. The grain size-dependence is then realized by assigning a set of values for the mechanical properties in the mantle that are different from those of the core region. However, these values for the mechanical properties of the mantle region are typically chosen arbitrarily, guided solely by the quality of the agreement between a model's predicted stress-strain behavior with that obtained experimentally. In the present study, a physics-based method to develop the grain size-dependent crystal plasticity constitutive model on the core and mantle configuration for polycrystal materials is presented. The method is based on the assumption that any resistance to dislocation nucleation and motion in a material manifests as an increase in yield strength and a decrease in strain-hardening modulus, and the mutual relationship between yield strength and strain-hardening is an inherent material property that determines the plasticity of that specific material. Accordingly, the same single crystal plasticity constitutive model that describes the behavior of the material under loading can be used to capture the increased resistance to dislocation nucleation and motion in the grain boundary influence region. The physics-based modeling is facilitated by introducing a shear flow strain distribution in the phenomenological formulation and a pile-up of dislocation density distribution in the dislocation based formulation, such that, the resulting variations in the yield strength and the strain-hardening modulus are identical to that produced by the increased resistance in the grain boundary influence region. Thus, the increase in strength and the decrease in the strain-hardening modulus, determined as spatially varying local material properties in the mantle, are mutually related through the grain size-independent inherent plastic properties specific to the material. A simplified model that considers the grain boundary effect averaged over the grain volume is also developed under this general framework. Implementation of this simplified model is demonstrated by considering the case of a power law flow rule and a hyperbolic-secant hardening rule for the phenomenological formulation, and Taylor strength relation for the dislocation based formulation. Finally, the grain size-dependent constitutive model is validated by comparing the predicted stress-strain behavior of polycrystal copper samples under uniaxial loading with experimental results.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Materials Science and Engineering: A - Volume 703, 4 August 2017, Pages 521-532
نویسندگان
, , , , ,