包含晶粒形狀效應(yīng)的金屬材料力學(xué)性質(zhì)及數(shù)字圖像實(shí)驗(yàn)測量研究.pdf

1、細(xì)觀尺度下金屬板材是由大量微小晶粒構(gòu)成的多晶體，晶粒形狀是晶粒特征之一，通常表現(xiàn)為不規(guī)則性。在金屬材料彈性性質(zhì)研究中人們關(guān)心晶粒的形狀和取向?qū)Σ牧狭W(xué)性質(zhì)的影響，金屬材料宏細(xì)觀塑形性質(zhì)的研究大多基于Taylor假設(shè)，本文從晶粒形狀的描述出發(fā)，研究包含晶粒形狀效應(yīng)的彈性本構(gòu)關(guān)系，基于晶粒尺度，采用數(shù)字圖像分析方法來探討金屬材料宏、細(xì)觀力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系。
　　本文用形狀函數(shù)(CSF)來表示晶粒形狀，將晶粒形狀函數(shù)(CSF)在Wign

2、erD-函數(shù)基下展開成級數(shù)形式，其展開系數(shù)稱為形狀系數(shù);研究了晶粒的平均形狀對正交多晶體材料彈性本構(gòu)關(guān)系的影響，得到包含晶粒形狀效應(yīng)的多晶體材料彈性本構(gòu)關(guān)系Ceffijkl一個新的表達(dá)式，用攝動方法估測了新的本構(gòu)表達(dá)式中待定的材料常數(shù)，并采用有限元法和自洽法檢驗(yàn)所得到的Ceffijkl表達(dá)式。
　　針對晶粒形狀的不規(guī)則性，本文采用數(shù)字圖像分析技術(shù)，開展了不規(guī)則晶粒形狀的參數(shù)化研究，在實(shí)現(xiàn)晶粒邊界準(zhǔn)確提取的前提下，用最小外接矩形、橢

3、圓以及分割晶粒的多弦法對目標(biāo)晶粒的形狀作出參數(shù)化描述，發(fā)現(xiàn)當(dāng)晶粒形狀特別不規(guī)則時，橢圓擬合、最小外接矩形擬合得到的結(jié)果是晶粒形狀參數(shù)的上、下限，這時七弦法的擬合結(jié)果較為合理;開展了晶粒形狀函數(shù)及形狀系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究，對不規(guī)則晶粒進(jìn)行了基于晶粒形狀函數(shù)的擬合。以晶粒參數(shù)化為基礎(chǔ)進(jìn)行了金屬材料中目標(biāo)晶粒形狀演化的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明:晶粒形狀參數(shù)—長細(xì)比的數(shù)值在彈性階段、塑性階段均與材料宏觀力學(xué)性質(zhì)的理論結(jié)果一致。
　　本文在獲取了包含邊

4、界清晰、完整的晶粒數(shù)字圖像之后，利用數(shù)字散斑圖像相關(guān)方法和傳統(tǒng)的電測法，開展了金屬板材中包含晶粒的局部全場應(yīng)變與宏觀應(yīng)變的實(shí)驗(yàn)測量和計(jì)算研究。利用晶粒的顯微數(shù)字圖像，借助數(shù)字散斑圖像相關(guān)方法，實(shí)現(xiàn)了晶粒尺度微細(xì)觀應(yīng)變的實(shí)驗(yàn)測量;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明晶粒平均應(yīng)變與材料的宏觀應(yīng)變保持了很好的吻合度，驗(yàn)證了Taylor假設(shè)。
　　最后，本文發(fā)展了一種試驗(yàn)裝備簡單、使用方便的數(shù)字散斑圖像相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法，編制了CCP程序，用于大應(yīng)變材料力學(xué)性質(zhì)測量。