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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:张旭,祝明昊,张万瑞,尚福林.IN718单晶微柱体锯齿状变形的晶体塑性分析[J].哈尔滨工业大学学报,2019,51(4):46.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201806105
ZHANG Xu,ZHU Minghao,ZHANG Wanrui,SHANG Fulin.Crystal plasticity model for the serrated behavior of single-crystal IN718 micropillars[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2019,51(4):46.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201806105
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IN718单晶微柱体锯齿状变形的晶体塑性分析
张旭1,3,祝明昊1,张万瑞2,尚福林3
(1.郑州大学 力学与工程科学学院,郑州 450001; 2.西北大学 机械工程系,埃文斯顿 60201,美国; 3.西安交通大学 航天航空学院,西安 710049)
摘要:
为较为准确可靠地预测IN718合金服役于各种复杂工况下的力学响应,开展了位移控制条件下微米尺寸IN718合金单晶锯齿状变形行为的理论建模研究工作.首先,基于微压缩测试的实验观察,建立了能够较为真实反映位移控制下晶体材料变形的“变形块-弹簧”力学分析模型.进而,通过分析晶体材料锯齿状变形行为中的应变强化、流动法则、加卸载准则以及应变突变判据等建模要素,构建了描述该行为的连续化晶体塑性本构理论模型之后,应用该模型分别研究了单滑移与双滑移取向的IN718合金单晶微柱体的轴向压缩响应,并与对应微压缩实验结果进行了比较.研究结果表明,基于上述理论模型预测的IN718单晶柱体轴向力学响应出现了加载、卸载以及应变突变3种变形方式,呈现出明显的锯齿状变形行为,与对应实验测试结果具有很好的吻合性.基于连续介质框架构建的微尺度锯齿状塑性本构模型,可为经典的连续化晶体塑性理论在亚微米尺度领域的发展提供有力理论支撑.
关键词:  IN718合金  微柱体  单晶  锯齿状行为  晶体塑性
DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201806105
分类号:O34
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金(11602225)
Crystal plasticity model for the serrated behavior of single-crystal IN718 micropillars
ZHANG Xu1,3,ZHU Minghao1,ZHANG Wanrui2,SHANG Fulin3
(1.School of Mechanics and Engineering Science, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China; 2.Department of Mechanical Engineering, Northwestern University, Evanston 60201, USA; 3.School of Aerospace, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China)
Abstract:
To predict the mechanical response of IN718 alloy under various complex conditions accurately and reliably, the theoretical modeling of serrated plasticity of microsized single-crystal IN718 alloy under displacement control was carried out. Starting from the micro-compression test, a simple deformable body-spring model was proposed to further elucidate the serrated plasticity under the displacement control. Subsequently, the independent modeling elements such as strain hardening, flow rule, loading-unloading criterion, and strain burst criterion were taken into consideration. Then, a continuum constitutive model for the serrated plasticity was established. This model was used to study the compression response of IN718 micropillars with single slip and double slip orientation, respectively. The simulations produced clearly a series of visible strain bursts, loading and unloading process in micropillar plasticity, and the exhibited serrated flows are comparable with the corresponding experimental observations. The proposed continuum model for the serrated plasticity can provide a strong theoretical support for the development of the classical crystal plasticity theory in the sub-micron scale.
Key words:  IN718 alloy  micropillar  single-crystal  serrated behavior  crystal plasticity

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