三维材料微结构设计与数值模拟！分析.PDFVIP

第 卷 第 期 年 月 物 理 学 报 %’ 8 $$N 8 ， ， ， H,A )%’ , )8 TD2 ) $$N （ ） ($$$#N$O$$NO%’ $8 O:$:(( 3IP3 *QR7SI3 7SSI3 !$$N IU02 ) *UB/ ) 7,F ) 三维材料微结构设计与数值模拟! ! 任淮辉 李旭东 （兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，兰州 #$$%$ ） （ 年 月 日收到； 年 月 日收到修改稿） $$’ ’ # $$’ ($ 为了研究材料细观尺度的力学性能与失效行为，达到对材料微结构的“性能导向型”设计与性能预测的目的， 通过程序设计结合有限元数值模拟的方法实现多元多相异质体材料微观组织结构的计算机仿真、材料微结构的细 观力学计算与虚拟失效分析) 以材料微观组织结构计算机仿真软件*+,-./012 构造的多晶体材料与多晶体基复合材 料微结构的代表性体积单元为基础，基于对商业有限元软件343567 的二次开发，实现对材料微结构细观力学的 数值计算，并根据数值模拟结果预测微结构的材料性能，识别“材料结构弱点”，评估异质体材料微结构内微裂纹的 启裂、扩展，推演材料微结构“虚拟失效行为” ) 关键词：材料微结构，数值模拟，各向异性，虚拟失效 ： ， ， !## 8(($9 8:’$; ’(:$ 重某一种材料或某一种微观组织结构在进行数值计 (G 引 言 算过程中的微细观机理，而忽视计算机技术在材料 科学应用中的基础性平台建设) 本研究以“数字材 多元多相异质体材料的微观组织结构是由化学 料”技术为先导，用于表征具有各种复杂几何形貌的 意义上的组分、几何意义上的结构、力学意义上的界 多元多相异质体材料；以“数值材料”技术为核心，用 面、拓扑学意义上的形貌以及物理与冶金意义上的 于实现材料微结构在各种工况条件下的数值模拟与 缺陷所构成的，其微观组织结构的特征可以概括为： 虚拟失效分析，从而在理论与方法层面上，解决多元 多组分、多界面、多层次；跨尺度、非连续、异质体) 从 多相异质体材料在“微结构组成物几何结构微结构 材料的细观尺度上看，与多元多相异质体材料微观 组成物晶体学取向材料结构弱点特性 微裂纹扩展 组织结构组成物密切相关的基本科学问题包括：多 行为 材料损伤后性能微结构失效状态”关系中属 元多相带来的非均质问题，异质性导致的各类响应 于基础性的、具有某种共性的、带有普遍指导意义的 的非均匀分布问题，非均质与非均匀引起的各向异 基本规律问题) 在这个过程中，需要利用各种复杂的 性问题与几何效应问题等)