边界条件对微观组织敏感疲劳晶体塑性分析的影响( Effects of Boundary Conditions on Microstructure-Sensitive Fatigue Crystal Plasticity Analysis )

KS Stopka M Yaghoobi JE Allison DL Mcdowell

用疲劳指示参数作为疲劳裂纹形成驱动力的替代指标，可以评价不同多晶微结构的相对抗疲劳性能。这通常需要模拟许多晶粒/相，以捕捉足够的微观结构异质性。因此，用于疲劳相关特性的代表性体积单元(RVE)的概念在计算上仍然令人望而却步和难以捉摸。或者，可以模拟统计体积单元的集合来建立极值疲劳响应。在这些类型的晶体塑性有限元法(CPFEM)模拟中，一个重要的考虑因素是应用边界条件的性质。根据材料的微观结构、表面条件和疲劳状态（例如，低周疲劳、过渡疲劳或高周疲劳），疲劳裂纹的形成在自由表面或自由表面附近或整个试样体积中都发生。最近开发的开源棱镜-疲劳框架（Yaghoobi et al.in NPJ Comput Mater 7:38,2021）能够模拟非常大的微结构，可以用来研究疲劳RVE特性。棱镜疲劳中可用的多点约束施加周期性边界条件，可以适当区分疲劳裂纹形成的体驱动力和表面驱动力。我们证明了这些多点约束在微观结构敏感CPFEM模拟中的有效性，并比较了不同边界条件、微观结构和晶体织构下的极值疲劳裂纹驱动力响应。研究了边界条件对宏观应力应变响应、塑性滑移局部测度以及相应的FIPs等力学响应的影响。这一结果为微观结构敏感的晶体塑性疲劳研究提供了指导，并展示了棱镜疲劳模拟大体积材料微观结构的先进能力。

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