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相变诱发塑性(TRIP)钢剪切循环行为的本构模型研究

奥氏体高锰钢，晶体塑性有限元(CPFEM)，循环硬化，相变诱发塑性(TRIP)

摘要：如何解决强度和延展性的互斥关系一直是材料力学中的一个长期难题，对于钢材这类工程实际应用十分广泛的材料，解决强韧性失配的问题显得尤为突出。高锰奥氏体钢具有位错滑移和马氏体相变等变形机制，显示出优异的强度-韧性协同性能，在工程应用中显现出极大应用潜力。研究TRIP钢循环塑性行为对其实际工程应用具有重要意义。本文结合宏观实验、微观表征和本构模拟等手段，研究了TRIP钢的单拉变形和对称应变控制下的剪切循环变形行为，以及变形过程中的微观组织演变，建立考虑位错滑移和马氏体相变机制的晶体塑性本构模型，并加入随动硬化模型描述循环时的背应力，描述其循环力学性能及其变形机理。基于建立的本构模型和EBSD表征的微观组织开展TRIP钢剪切循环塑性行为的有限元模拟研究，本构模型很好地描述了材料的单拉变形与剪切循环硬化行为。研究表明，随着应变幅值、循环圈数的增加，马氏体相变体积分数不断增加，使得位错平均自由程缩短，促进位错密度的增殖，材料表现出良好的剪切循环硬化性能。进一步提取晶粒的循环响应发现，泰勒因子(特定取向)介于3.3 -3.9 的晶粒开动了更多的滑移系，具有更好的循环硬化能力。本文建立的晶体塑性本构模型及其有限元模拟对指导TRIP钢的安全服役具有重要意义。