镁合金塑性变形与晶体塑性多尺度模拟（ 冶金工业）

《镁合金塑性变形与晶体塑性多尺度模拟》

作者：任伟杰，辛仁龙，黄华贵

定价：88.00元

出版时间：2026-07

ISBN：978-7-5240-0705-0

内容简介

本书系统阐述了镁合金塑性变形机制与晶体塑性多尺度模拟的理论与实现方法。结合黏塑性自洽（VPSC）与晶体塑性有限元（CPFEM）两种模拟方法，揭示了析出相类型、初始织构、板材厚度等因素对镁合金变形行为的影响规律。通过多尺度模拟与实验验证，阐明了弯曲中性层偏移、孪生行为、搅拌摩擦焊接头不均匀变形与断裂等关键问题的物理机制，为镁合金成形工艺优化与性能提升提供了理论依据和模拟支撑。 本书可供高等院校和科研院所冶金、材料、机械等专业的教师、研究生阅读，也可供从事镁合金研发、成形与数值模拟的科研与工程技术人员参考。

目录

1绪论1

1.1镁合金特性与多尺度模拟概述1

1.1.1镁合金特性与工程应用1

1.1.2镁合金多尺度模拟概述1

1.2镁合金塑性变形机制3

1.2.1滑移3

1.2.2孪生5

1.2.3临界分切应力11

1.3晶体塑性多尺度模拟方法13

1.3.1平均场晶体塑性模型13

1.3.2全场晶体塑性模型15

2晶体塑性理论与多尺度模型基础22

2.1晶体取向表示方法22

2.1.1晶面与晶向的密勒指数22

2.1.2欧拉角与取向矩阵23

2.1.3角轴对与取向差计算24

2.2晶体塑性理论26

2.2.1应力和应变26

2.2.2晶体塑性变形运动学方程28

2.2.3孪生模型32

2.2.4本构关系33

2.2.5硬化法则34

2.2.6时间向前积分格式35

2.2.7数值迭代过程38

2.3UMAT子程序在ABAQUS中调用过程39

2.3.1ABAQUS用户子程序UMAT简介39

2.3.2弹塑性有限元基础理论41

2.3.3ABAQUS/Standard平衡迭代原理44

2.3.4UMAT子程序的调用流程与代码实现46

3镁合金塑性变形行为VPSC模拟48

3.1析出相类型对ZK60镁合金拉-压屈服不对称性的影响48

3.1.1实验方案与VPSC建模流程49

3.1.2不同时效状态样品的初始微观组织49

3.1.3模型硬化参数校准49

3.1.4析出相对滑移与孪生的差异化强化效应52

3.1.5织构演化54

3.2挤压态AZ31镁合金单轴压缩各向异性VPSC模拟56

3.2.1实验材料与测试方法57

3.2.2VPSC模型硬化参数校准57

3.2.3沿不同方向压缩织构演变59

3.2.4滑移与孪生机制相对活动量61

3.2.5孪生变形对织构演化的影响64

4镁合金弯曲变形中性层偏移的织构相关性CPFEM模拟66

4.1实验方案与CPFEM模型建立67

4.1.1三点弯曲实验与测试方法67

4.1.2晶体塑性有限元模型构建69

4.1.3模型硬化参数校准与验证73

4.2弯曲变形中性层偏移行为的实验与模拟研究75

4.2.1中性层偏移实验测量结果75

4.2.2中性层偏移CPFEM模拟结果79

4.2.3不同织构样品滑移与孪生相对活动量80

4.2.4中性层偏移的织构相关性机理81

4.2.5基于VPSC模型的中性层偏移快速评估方法83

5镁合金弯曲过程孪生行为的织构相关性CPFEM模拟85

5.1广义Schmid定律85

5.2孪晶带的形成与演化规律86

5.2.1不同织构样品孪晶带模拟86

5.2.2织构强度对孪晶带演化的影响91

5.2.3孪晶带的晶体学取向特征93

5.2.4弯曲过程孪晶带形成机理95

5.2.5单轴变形孪晶带的对比分析95

5.2.6弯曲变形应变场和织构的三维模拟97

5.3三种织构弯曲样品的孪生行为102

5.3.1S90样品孪生行为102

5.3.2S90中二次孪生对中性层偏移的影响110

5.3.3S0样品孪生行为113

5.3.4S45样品的孪晶迹线与变体选择机制115

6复杂织构FSW镁合金接头变形行为CPFEM模拟123

6.1镁合金搅拌摩擦焊技术与接头组织特征123

6.1.1搅拌摩擦焊原理与技术特点123

6.1.2镁合金FSW接头的微观组织与织构特征124

6.2镁合金FSW接头弯曲变形CPFEM模拟127

6.2.1弯曲实验方案128

6.2.2接头微区织构的有限元模型建立128

6.2.3弯曲过程孪生行为与织构演化131

6.2.4接头各区域微观变形机制分析133

6.2.5弯曲变形应变局域化特征135

6.2.6接头弯曲断裂行为与失效机理138

6.2.7FSW接头性能的改善139

6.3镁合金FSW接头横向拉伸不均匀变形模拟141

6.3.1横向拉伸实验与接头模型建立142

6.3.2接头拉伸变形机制分析144

6.3.3接头不均匀塑性变形147

6.3.4不均匀变形微观机理与调控思路151

7初始厚度对镁合金弯曲变形行为影响CPFEM模拟156

7.1实验方案157

7.2CPFEM模型硬化参数校准159

7.3弯曲性能的厚度相关性161

7.4不均匀变形行为的厚度相关性164

7.4.1“翅膀”状应变场分布164

7.4.2微观组织与织构演化166

7.4.3滑移与孪生变形170

7.4.4锥面<c+a>滑移大量激活的实验验证171

7.4.5中性层偏移规律173

7.4.6弯曲试样横截面形状演化规律175

7.5初始厚度对镁合金板材弯曲变形卸载行为的影响175

参考文献180