[00109179]晶体塑性-离散位错动力学（CPFE-DDD）跨尺度建模理论及其应用

成果简介：

针对 TWIP 钢内部复杂的塑性变形机理的阐述，通过耦合孪晶的 DDD 方法系统研究了不同晶粒尺寸和孪晶片层厚度下的流动应力及位错密度演化规律，对比分析了晶界及孪晶界对位错阻碍作用，经过完全退火处理 TWIP 钢拉伸加载过程中孪晶对流动和位错密度演化影响小于晶界，孪晶界对位错的阻碍作用不超过晶界的 1/3。将 DDD 模拟孪晶对位错滑移影响引入位错密度基耦合滑移、孪生和相变三机制的 CPFE 模型中，研究了 TWIP 钢拉伸变形过程中应变硬化弧形曲线形成原因。结果表明：应变硬化率增加与孪晶激活和孪晶变化率无关，当孪晶形成导致位错密度增加率大于动态回复导致的位错密度减小率时，孪晶对应变硬化率影响逐渐超过位错密度，此时硬化率随孪晶体积增加而增加，即应变硬化率曲线开始上升。此外，孪生机制对塑性应变贡献很小，可以忽略。随着初始晶粒尺寸减小，位错密度增加率加快，因此应变硬化率初始上升的应变越小，同时由于位错密度增加率增加，这也使得位错密度减小率较快的达到位错密度增加率，即晶粒尺寸越小，应变硬化率峰值越小。

技术优势：

1. 阐明了 TWIP 钢在塑性变形阶段内部各种变形机制的相互作用，建立了耦合滑移、孪晶和相变三机制的 CPFE 模型和考虑孪晶效应的 DDD 模型，并将两种模型加以非直接耦合。

2. 将建立的模型成功应用于 TWIP 钢成形极限的预测分析，表明初始厚度不均度 0.97~0.99、初始凹槽角度 0°~ 45°和铜型织构得到的成形极限性能较好。

3. 揭示了冲杯实验过程中 TWIP 钢的变形机制与宏观力学性能的关系。

性能指标：

1. 定量分析了孪晶对于对位错的阻碍作用不超过不超过晶界的 1/3。

2. 针对汽车用 TWIP 钢的成形极限预测与实验之间的误差小于 2%。

市场分析：

本成果拟转移的重点领域为汽车制造业、防护工程和军用车辆用钢等。

经济效益分析：

本成果可以有效对 TWIP 钢的变形机制做具体的分析，为新一地啊 TWIP 钢的研发和其他汽车用钢的开发提供思路，不仅能够有效地应用于轻量化设计以降低油耗，还能较大的吸收能量以保证人员的安全性，具有良好的经济效益与社会效益。

成果亮点：

1. 研究成果已发表 SCI/EI 论文 20 篇，授权发明专利 1 项。

2. 成果来源：国家自然科学基金微区位错与相变-孪生联合诱发塑性变形的跨尺度建模及应用项目。

3. 技术先进性：国内领先。