基于显微组织演化的本构关系的建立方法
多尺度铝合金微观组织演变模型研究进展
多尺度铝合金变形组织演变建模研究进展1王冠1,2，卞东伟1，寇琳媛1，易杰2，刘志文2，李落星2（1.宁夏大学机械工程学院，银川750021；2.湖南大学，汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙410082；）摘要：铝合金在热成型过程中，微观组织会发生晶粒长大、晶粒不均匀变形、动态再结晶等一系列复杂的演化，而这些材料内部微观结构的改变，会直接影响到铝合金的综合性能。
通过掌握变形过程中微观组织演变的物理本质，来达到控制微观组织及产品性能的目的，已经越来越受到材料研究者的重视。
本文综述了铝合金变形组织演变建模的研究现状，重点介绍了多尺度模拟方法，同时指出了研究中存在的问题，展望了铝合金变形组织演变建模的发展趋势。
关键词：铝合金；微观组织演变；多尺度建模；热压缩变形；Research Progress in Multi-scale modelling of microstructure evolution during hot deformation ofaluminum alloyWANG Guan1,2, BIAN Dong-wei1, KOU Lin-yuan1, YI Jie2, LIU Zhi-wen2, LI Luo-xing2(1.College of Mechanical Engineering, Ningxia University, Yinchuan 750021, China;2.State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacture for Vehicle body, Hunan University,Changsha 410082;)Abstract:During the hot forming process of aluminum alloy, microstructure will occur in a series of complex evolution such as grain growth, inhomogeneous deformation, dynamic recrystallization and which will directly affect the comprehensive properties of aluminum alloy. By mastering the physical essence of the microstructure evolution during heat deformation, to achieve the purpose of controlling the microstructure and the properties of the products has been paid more and more attention by the researchers of materials. This paper summarizes the research status quo of modelling of microstructure evolution during hot deformation of aluminum alloy, especially for the multi-scale simulation method, and points out the problems existing in current research and forecast the development trend of modelling of microstructure evolution during hot deformation of aluminum alloy.Key words: Aluminum alloy; Microstructure evolution; Multi-scale modelling; Hot compression deformation；铝合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性好、可循环利用等优点，被公认为汽车轻量化的理想材料。
《显微构造分析的工作与技术方法简介》课件
3、标本定向标记方法
（1）组构定向法（以岩组座标系统定向） 在野外露头上，先根据小构造确定不同组构轴的方位，标记在定向面上，并测定组构轴方位产状，再将标本敲下。
（2）地理定向法（以地理座标系统定向）
在定向面，先测量出该面产状，再将其走向线和真倾斜线标上，再将标本敲下。如果在上层面定向不方便，也可在下层面定向，但标记应有区别或注明。如该定向面产状很平缓接近水平，则只要在定向面上标上正北方位，再将标本敲下。
（一）区域构造背景分析 （2）另一方面，开展显微构造分析，还需要结合区域较大尺度上的构造特点，针对不同的目的采集不同构造部位的样品。 如开展褶皱机制的研究工作，需要在褶皱不同构造部位，如转折端、核部、翼部等部位采集相应的变形岩石样品位、具有不同特点的糜棱状岩石样品开展研究。
（3）综合定向法
这种方法是将地理定向法和组构定向法结合起来应用。即在野外先按照地理定向法定向，量出并记录下定向面的产状；再在定向面上将组构轴标上；并量出并记录下组构轴的产状。
a
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4、采集定向标本的注意事项
（1）不要匆匆忙忙打标本，一定要先进行露头详细观察，研究各种地质现象、小构造特征及其相互关系，组构要素的产状等。 （2）要区分定向面是朝上还是朝下，并要用不同的标记方法标明，以免日后在室内恢复标本产状时出错。 （3）采标本时一定要记录采样点坐标位置、标图，标本编号、详细记录，必要时素描与照相。
材料组织结构的显微分析与表征
材料组织结构的显微分析与表征材料科学是研究材料性质与性能的一门学科，而材料的组织结构是决定其性质与性能的关键因素。
通过显微分析与表征技术，可以深入了解材料的内部结构与微观特征，为材料设计和工艺改进提供科学依据。
本文将介绍几种常见的显微分析与表征技术，以及它们在材料科学研究中的应用。
一、光学显微镜光学显微镜是最常用也是最基础的显微表征技术之一。
它利用可见光在材料表面反射或透射的原理，通过放大镜片来观察材料的形貌和结构。
光学显微镜适用于非金属材料的晶粒观察和颗粒大小测量，特别是对于透明材料和薄膜的研究有着重要的作用。
此外，光学显微镜还可以结合其他技术，如偏光显微镜和荧光显微镜，来研究材料的晶体结构和化学成分。
二、电子显微镜电子显微镜是一种利用电子束取代光束进行成像的显微表征技术。
相对于光学显微镜，电子显微镜具有更高的分辨率和放大倍数，可以观察到更细微的结构和更小的颗粒。
电子显微镜分为扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM），分别适用于表面形貌和内部结构的观察。
电子显微镜广泛应用于金属材料的析出相研究、纳米材料的形貌表征以及生物材料的细胞结构观察等领域。
三、X射线衍射X射线衍射是一种利用物质对X射线的散射来研究其结晶性质的技术。
通过测量材料对X射线的散射角度和强度，可以确定材料的晶胞参数和晶体结构。
X射线衍射广泛应用于金属、陶瓷和无机晶体材料的晶体学研究。
此外，X射线衍射还可以结合其他技术，如能谱分析和衍射成像，来研究材料的化学成分和表面形貌。
四、原子力显微镜原子力显微镜（AFM）是一种基于力的显微表征技术，可以在纳米尺度下观察材料的形貌和力学性质。
AFM利用微小的力探针扫描材料表面，通过检测力变化来绘制出材料的拓扑图像。
AFM适用于各种材料的表面形貌和力学性质的表征，对于纳米材料、生物材料和涂层材料的研究尤为重要。
综上所述，材料组织结构的显微分析与表征技术是材料科学研究中不可或缺的工具。
通过光学显微镜、电子显微镜、X射线衍射和原子力显微镜等技术，我们可以深入了解材料的内部结构和微观特征，为材料设计、工艺改进和性能优化提供科学依据。
微生物学中的群落结构与演化
微生物学中的群落结构与演化微生物学是一门关注微生物生态系统的学科，是对微生物的结构、功能、分类、群落结构和演化等方面的研究。
微生物是地球上最古老的生命形式，它们存在于地球上的各个生态系统中。
微生物群落是一个由多个微生物物种组成的集体。
这些种类在生态系统中相互作用，共同完成生态系统的各项功能。
微生物群落的结构和演化是微生物生态学的重要方面。
本文将对微生物群落的结构和演化进行探讨。
微生物群落的结构微生物群落是由微生物物种组成的群体。
群落结构是从物种组成的层次上描述群落的物种组成及其数目的方法。
微生物群落在不同的生态系统中的组成和功能差异很大。
在环境中，微生物群落的优势物种可以通过分解有机物来促进细菌群落中其他物种的生长。
微生物群落中个体的种群分布受到环境的影响，其特征因素包括物种适应性、优势地位、种群密度、生存能力和代谢特性等。
微生物群落的组成受到环境的限制。
不同的基质来源、pH、盐度、温度、氧气和其他环境因素对微生物群落的构成、数量和分布的影响也不同。
例如，土壤和水中的微生物群落在厌氧条件下黏附，形成许多不同的微环境，微生物群落对水分和养分的需求也不同。
微生物群落的架构包括整体组成、分布、物种多样性和密度变化等，这一结构非常复杂。
微生物群落的演化微生物群落随时间和环境条件的变化而发生变化。
微生物群落的演化是由各种生态因素如时空、环境和物质循环影响的。
微生物演化的关键因素包括微生物的细胞遗传学、生态学、进化机制和基因组剖析。
微生物的遗传变异和突变是微生物演化的驱动力之一，适应性和选择性也是细菌演化的重要因素。
微生物群落的演化与基因转移的密切关系。
多种微生物通过紧密的关联和基因流通过基因水平相互影响。
微生物群落的演化表现为微生物的基因变异、基因重组和基因水平的转移。
基因转移可以通过传统性垂直遗传和水平基因转移来实现。
水平基因转移发生在微生物共生体中和自足能力较强的媒体中。
共生体就是指不同生态系统内物种之间在形态和代谢水平上存在密切的协同关系，共同完成生态系统的各项功能。
生物演化树模型的建立及演化关系研究
生物演化树模型的建立及演化关系研究演化树是生物学中广泛使用的工具，用于描述和研究物种的演化关系。
本文将探讨生物演化树模型的建立方法以及如何利用这些模型研究生物的演化关系。
一、引言生物演化树模型是一种图形表示方法，用于展示生物种群之间的进化关系。
通过分析演化树，可以推测不同物种的祖先关系、演化历程以及进化速度等重要信息。
因此，建立准确的演化树模型对于理解生物多样性的起源和进化过程至关重要。
二、建立演化树模型的方法1. 分子系统发育学方法分子系统发育学方法是目前最常用的建立生物演化树模型的方法之一。
通过对不同物种中的分子标记进行测序，可以获得物种间的分子差异数据。
然后，利用这些数据进行系统发育分析，构建演化树模型。
其中，常用的分析方法包括邻接法、最大简约法和贝叶斯法等。
2. 形态系统发育学方法形态系统发育学方法是基于生物形态特征的相似性与差异性来构建演化树模型的方法。
通过对不同物种的形态特征进行比较和分析，可以推断它们之间的进化关系。
这种方法的优势在于可以研究化石记录中的物种演化关系。
三、演化树模型的应用1. 物种分类与鉴定演化树模型可以帮助生物学家进行物种的分类和鉴定工作。
通过比较不同物种之间的演化关系，可以确定它们的分类级别以及物种的归属。
这对于研究生物多样性和进行生物资源调查等具有重要意义。
2. 进化过程的推断利用演化树模型，可以推断不同物种的进化过程以及进化速率。
通过比较不同物种之间的分支长度和节点位置，可以推测它们的进化速度和分化时间。
这对于研究物种的适应性进化和进化机制等提供了重要线索。
四、演化关系研究的挑战与展望虽然生物演化树模型为生物学研究提供了重要工具，但也面临一些挑战。
其中之一是来自基因水平的水平选择和基因流的干扰。
另外，演化树模型的建立过程也需要考虑选择的关键性和样本数量的合理性等问题。
未来，随着高通量测序技术的发展和生物信息学研究的深入，生物演化树模型的建立和演化关系的研究将得到更深入的发展。
生物体系的演化模型构建与分析
生物体系的演化模型构建与分析生命是自然界的一种奇妙存在，其演化之路上蕴含着诸多秘密，展现了生命的不断变化和进化。
生物体系的演化模型构建和分析是生物学领域的一个重要方向，它可以帮助我们更好地理解生命在演化过程中发生的变化，探究不同物种间的关系以及生态系统的结构和演化趋势等。
本文将从演化模型的构建和分析两个方面入手，来讨论生物体系的演化过程和结构。
一、演化模型的构建演化模型是指一种假设性的模型，用来描述物种的演化过程和群落的结构和功能。
演化模型的构建需要基于数学统计分析和生物学实验结果，通过多种数据模拟和参数估计方法来验证模型的准确性。
1.分子钟模型分子钟模型是分子演化学中最基础的模型之一，它是以DNA或蛋白质序列为基础的模型，用来推断不同物种之间的进化时间、进化速率以及进化分支的关系。
在分子钟模型中，通常使用距离矩阵或刻度树来测算进化距离，并结合分子进化的理论来建立进化树，并利用Maximum likelihood估计来确定进化的最优路径。
2.随机游走模型随机游走模型是一种常用的演化分析模型，它通过随机化的方式描述了物种进化的情况，以及不同物种间的关系和演化趋势。
在随机游走模型中，随机游走的步长可以作为物种进化速率的度量，而随机游走的路径则代表了物种的进化路径。
3.生态模型在考察生态系统的演化过程和结构时，我们通常使用生态模型。
在生态模型中，个体之间的相互作用、能量传输和物质循环等生态过程被认为是生态系统的基础。
正是这些过程，使得生态系统获得了一定的结构和功能，而这些结构和功能则是生态系统演化的结果。
二、演化模型的分析演化模型的分析可以帮助我们了解生物体系在演化过程中的变化规律和生态系统的结构和功能。
演化模型的分析可以基于多种方法，如网络分析、复杂性分析和动力学分析等。
1.网络分析网络分析是一种常用的演化模型分析方法。
它可以通过构建物种间的网络结构来揭示不同物种之间的关系和演化趋势，并借助网络拓扑性质和群落结构来了解物种之间的相互作用。
群落构建机制方法演化
群落构建机制方法演化群落构建是指生物群落的形成和演化过程，涉及到许多因素和机制。
在不同的生态系统中，群落构建的机制和方法可能会有所不同。
以下是一些常见的群落构建机制和方法的演化：1. 种间相互作用，群落构建的一个重要机制是种间相互作用，包括竞争、共生、捕食和共存等。
这些相互作用可以促进群落中物种的分化和适应，从而影响群落的结构和稳定性。
随着时间的推移，种间相互作用可能会演化出新的形式，对群落构建产生影响。
2. 物种多样性，群落的物种多样性对其构建和演化起着重要作用。
物种多样性可以增加群落的稳定性和抗干扰能力，同时也可以影响群落的结构和功能。
随着环境的变化和物种相互作用的演化，群落的物种多样性也可能会发生变化。
3. 生态位分化，生态位是指一个物种在群落中的角色和功能。
在群落构建过程中，物种可能会通过生态位分化来避免竞争，从而促进群落的多样性和稳定性。
生态位分化的演化可以导致群落结构和功能的变化。
4. 环境因素，环境因素对群落构建和演化也起着重要作用。
气候、土壤、水文等环境因素会影响物种的分布和丰度，从而影响群落的结构和稳定性。
随着环境的变化，群落可能会经历演化和调整，以适应新的环境条件。
总的来说，群落构建的机制和方法的演化是一个复杂的过程，涉及到种间相互作用、物种多样性、生态位分化和环境因素等多个方面的影响和调节。
这些因素相互作用，共同影响着群落的结构和功能，塑造着群落的演化轨迹。
随着时间的推移和环境的变化，群落构建的机制和方法也会不断演化和调整，以适应新的生态条件。
做生物结构的方法
做生物结构的方法一、引言生物结构是指生物体内各种组织和器官的形态、构造和相互关系。
研究生物结构对于理解生物体的生理功能、生长发育和进化等方面具有重要意义。
本实验将介绍一种生物结构研究的基本方法，该方法主要采用组织学技术，包括石蜡切片法和荧光染色技术。
通过本实验，您将了解生物结构的观察和研究方法，以及实验过程中的注意事项和要求。
二、实验材料本实验所需材料如下：1.实验动物：小鼠或大鼠2.试剂：石蜡、包埋剂、切片刀、染色剂等3.仪器：显微镜、切片机、染色机等三、实验方法本实验采用石蜡切片法和荧光染色技术，具体步骤如下：1.取材：将实验动物处死后，取其感兴趣的组织或器官，放入固定液中固定。
2.脱水：将固定好的组织放入脱水液中，逐级脱水，使组织内的水分逐渐被取代。
3.包埋：将脱水后的组织置于包埋剂中，经过冷却后成为硬块。
4.切片：将包埋好的组织块进行切片，获得薄片样品。
5.染色：将切片放入染色液中，使其染色。
可以根据需要选择不同的染色方法，如H&E染色、荧光染色等。
6.观察：将染色好的切片放在显微镜下观察，记录观察结果。
7.结果分析：对观察到的结果进行分析，得出结论。
四、实验步骤1.取材：选取感兴趣的组织或器官，将其放入固定液中固定。
固定液的种类和浓度应根据实验要求选择。
固定液应没过组织块，以确保组织块能够完全固定。
在固定过程中应注意避免组织块干燥或受到污染。
2.脱水：将固定好的组织块放入脱水液中，逐级脱水。
脱水液的浓度应逐渐增加，以确保组织内的水分被完全取代。
脱水过程中应定期更换脱水液，以确保脱水效果。
当组织块变得透明时，说明脱水已经完成。
3.包埋：将脱水后的组织块置于包埋剂中，经过冷却后成为硬块。
包埋剂的种类和浓度应根据实验要求选择。
在包埋过程中应保持组织块的平整和稳定，以免出现组织断裂或变形。
包埋后应将组织块放入冰箱中冷却，使包埋剂完全固化。
4.切片：将包埋好的组织块进行切片，获得薄片样品。
金属材料的组织显微结构演化研究
金属材料的组织显微结构演化研究在材料科学领域中，金属材料一直扮演着重要的角色。
金属材料的性能取决于它们的组织显微结构，而这种显微结构可以通过研究和了解金属材料的组织显微结构演化过程来获得。
这一研究领域涉及到材料科学、金属物理学和工程学等多个学科的交叉。
金属材料的组织显微结构主要是指其晶粒和相组成的情况。
晶粒是由原子或分子排列有序而形成的结晶体。
而相则是指由具有相同结构和化学组成的晶粒组成的区域。
金属材料的组织显微结构演化受到多种因素的影响，包括材料的成分、热处理条件、应力状态等等。
金属材料的显微结构演化过程可以分为两个方面：析出与溶解。
析出是指固溶体中生成新的相或晶粒，而溶解则是指相或晶粒的消失。
理解金属材料的这一演化过程对于优化和控制材料性能至关重要。
金属材料的组织显微结构演化研究多数通过实验手段进行。
例如，使用光学显微镜可以观察到金属材料的晶粒和相的形貌和分布；透射电镜则可以进一步观察到晶粒内部的结构和缺陷。
通过这些观察和实验数据的分析，可以获得关于金属材料组织显微结构演化过程的信息。
除了实验研究外，金属材料的组织显微结构演化也可以通过计算机模拟进行。
通过建立适当的模型和假设，可以模拟金属材料在不同条件下的组织演化过程。
这种模拟研究不仅可以帮助理解金属材料的组织演化规律，还可以指导材料设计和制备过程。
针对金属材料的组织显微结构演化研究已经在许多领域得到应用。
例如，在金属材料的强化机制研究中，了解金属材料的晶粒尺寸和分布对材料的强度和塑性有着重要影响。
另外，在金属材料的腐蚀行为和失效机理研究中，组织显微结构演化也是关键因素之一。
未来，金属材料的组织显微结构演化研究将继续面临新的挑战。
随着材料科学的不断发展，人们对于金属材料性能和结构更高要求。
因此，需要开展更加精确和细致的组织显微结构演化研究，以满足新材料的需求。
同时，随着计算机技术的进步，将会有更多的模拟方法被应用于金属材料的组织显微结构演化研究中，从而为新材料的设计和制备提供更好的指导。
生物及其组成部分的结构化分析技术研究
生物及其组成部分的结构化分析技术研究生物的结构学研究是生物科学中不可或缺的一环。
其中，分子生物学和细胞生物学领域在研究生物分子和组织结构时，离不开生物结构化分析技术的支撑。
这些技术主要是通过对生物分子和细胞结构的分解、分析，联合计算机模型和成像技术，以可视化的方式展现结构信息，从而深入研究生物的结构特征与功能联系。
生物大分子的结构化分析技术1. X射线晶体学X射线晶体学是最早被广泛应用的一种大分子的结构化分析技术。
它主要通过对分子结晶的特性进行操作来研究分子结构。
具体来说，将待分析的分子获得单晶体状态，然后用X光照射晶体，产生散射X光，进而得到晶体原子结构的信息。
该技术广泛用于大分子的结构分析，如酶、核酸、蛋白质等。
2. 核磁共振(NMR)核磁共振，又称为磁共振成像、磁共振波谱或核磁共振波谱技术。
它是一种通过测量分子中不同原子核的共振信号来研究分子结构的技术。
这种技术基于不同原子核（如1H、13C、15N等）进入磁场后与磁场有不同的相互作用，通过在密闭磁场中进行高分辨率的磁场控制，能够产生信号，这些信号就能轻松地被记录并分析。
该技术的应用领域非常广泛，包括大分子、小分子、蛋白质、药物等结构分析研究。
3. 红外光谱学红外光谱学是一种常用于生物大分子结构分析的方法。
通过测定物质在一定波长范围内的吸收峰，可以揭示其内部结构的信息。
生物大分子的吸收峰可以分别用来表征分子中不同基团、先后结构中的构象等信息。
例如核酸基团、氨基酸基团、磷酸基团及脂质等结构都可通过红外光谱的探测获得。
生物组织的结构化分析技术1. 透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜是一种用于精细研究生物组织的非常常用的技术。
利用TEM 可以通过显微镜的方式观察生物组织中各种小结构的形态、组成成分、内部微观结构，以及各种细胞器和细胞组分的结构以及空间布局信息。
该技术能够提供有关细胞的生物分子结构、细胞配位和元素分布、细胞-细胞互动、甚至细胞病理学方面的信息。
合成菌群自下而上的构建策略_概述及解释说明
合成菌群自下而上的构建策略概述及解释说明1. 引言1.1 概述合成生物学是一门综合了生物学、工程学和计算机科学的跨学科领域，旨在利用基因组设计和工程技术来构建新的生物系统。
合成菌群自下而上的构建策略是合成生物学领域中的一个重要研究方向。
该策略通过从单个微生物菌株出发，逐步构建起一个具有特定功能和协同作用的多种微生物菌群，以实现更高效、可控和经济的产物合成。
1.2 文章结构本文将以“合成菌群自下而上的构建策略”为主题，分为引言、概述、自下而上构建策略要点一、自下而上构建策略要点二以及结论与展望五个部分进行论述。
首先，本节将介绍文章的整体框架和各个章节之间的关系，在后续章节中对相应内容进行详细阐述。
1.3 目的本文旨在全面概述并解释合成菌群自下而上的构建策略，并对相关研究进展进行综述。
通过对菌群构建意义、自下而上构建策略的介绍以及菌株选择与优化方法、代谢通路设计与优化方法、形态结构调控方法等要点的详细讨论，希望能够为读者提供一个全面了解合成菌群自下而上构建策略的整体框架和重要研究内容的指南。
同时，本文还将展望未来可能的发展方向，探讨合成菌群构建策略在实际应用中的潜力和前景。
以上就是“1. 引言”部分的内容。
注：这个回答使用上述目录结构中给出的标题进行撰写。
2. 合成菌群自下而上的构建策略概述：2.1 菌群构建的意义：合成菌群是基于合成生物学理念和技术手段构建的具有特定功能或性能的细菌群体。
相比于单一细胞，合成菌群能够以协同作用的方式执行更加复杂和高效的生物转化任务，具有更广阔的应用前景。
通过合成菌群的构建，可以实现多种有益目标，如产生高效率、高选择性且可持续发展的生物燃料、制药原料和化学品，减少环境污染等。
2.2 自下而上的构建策略介绍：合成菌群自下而上的构建策略是一种以分子层面为基础，逐步组装和优化细胞和代谢网络，并进一步层级分化形态结构和功能调控的方法。
这种策略首先进行主要参与反应网络的微生物菌株选择与优化，然后设计并优化宿主微生物中相关代谢通路，并对其进行进一步模块拓扑结构优化。
科学家怎样重建植物演化
科学家怎样重建植物演化
重建植物演化的过程涉及多个步骤和技术。
科学家通常使用以下方法来重建植物演化：
1. 植物分类学：科学家通过对植物的分类和描述来了解植物之间的关系。
他们会研究植物的形态、解剖结构、生命周期以及遗传学数据等方面的信息，从而构建植物物种的分类系统。
2. 分子系统学：科学家通过分析植物的基因组和DNA序列来了解植物之间的亲缘关系。
他们使用分子标记技术，例如PCR和DNA测序，来比较植物基因序列的相似性，从而确定它们之间的演化关系。
3. 化石记录：科学家通过研究保存在岩石中的植物化石来了解过去植物的演化历史。
他们会收集和分析各种植物化石，包括叶子、花、果实和树木的化石，然后根据这些化石的年代和形态特征，重建古代植物的形态和演化历史。
4. 生物地理学：科学家通过研究植物在不同地理区域的分布来了解它们的起源和演化历史。
他们会收集和分析植物的地理分布数据，例如种子散布模式、海洋和陆地隔离等因素，以确定植物如何适应特定的环境和地质条件。
5. 分子演化分析：科学家使用分子演化模型和计算方法，例如系统发育树和分子钟，来推断植物演化的时间和关系。
他们会分析基因组和DNA序列的变异模式，以及基因家族和基因亚型的演化过程，从而重建植物的演化树。
这些方法通常会结合使用，以获得关于植物演化的全面和准确的信息。
通过重建植物演化，科学家可以揭示植物的起源、适应性和多样性等重要的生物学问题。
雾化后粉末颗粒的显微组织演化
随着粉体尺寸的减小，粉体 内部形核质点数目不断减少， 对于 75-106μm 的粉体，粉 体呈现多点形核，其组织 呈现局部取向性。而对于小 于 38μm 尺寸范围的粉体来 说，形核质点进一步减少， 只在粉体的边缘看到少量的 形核点，然后组织向周围扩 散，表明液滴内形核后长 大至液滴大部分区域，而没 有发生更多的形核，粉体片 层组织呈现明显的整体取 向性。
1、显微组织演化与雾化方式的关系 • 1.2、气雾化法
• 气体雾化易得到球形粉末。气体压力不但直接 影响粉末粒度组成，同时还间接影响粉末的成 分。例如，纳赛尔用高碳生铁制雾化铁粉时， 随着空气压力增加，雾化铁粉半产品中的氧含 量由于氧化而提高，碳含量由于燃烧而下降， 但降低不多。 • 斯莫尔用惰性气体雾化合金时，随着气体压力 的增加，粉末氧间距大约为 300nm；粒 径为 150μm 左右的粉体内，片间距大约为 1000nm。 而且当粉体粒径大于 150μm，随着粉体粒径的增大， 珠光体片间距趋于恒定。
3、显微组织的演化与尺寸形貌的关系
• 将气雾化Fe-4.3C 合金粉体组织与气雾化Fe—1.0C合金 粉体组织进行比较分析 • 3.1、气雾化制备的 Fe-4.3C合金粉体中没有出现铸态组 织中的片状石墨，粉体组织如图 3中所示，粉体的组织形 貌主要以片层形式存在。就大粒径粉体与小粒径粉体的组 织形貌差异而言，主要在于粉体组织片间距和方向性。随 着粉体尺寸的减小，合金粉体的微观凝固组织得到了明显 细化。对于 180-350μm 尺寸范围的粉体，粉体片层组织 出现复杂的取向性，表明其内部形核质点很多。
•
图 1 为 气 雾 化
Fe—1.0C 合 金 组 织
2、显微组织的演化与尺寸形貌的关系
• 2.2、Fe-1.0C 合金粉体的珠光体片层间距 • 碳素工具钢的机械性能与珠光体的片层间距密切 相关。对金相试样以及SEM 试样中的片层状珠光 体的片层间距进行测量，结果表明，随着粉体粒 径的减小，珠光体的片间距也随之减小，如图 2 所示。
基因组时代，如何构建物种的复杂演化关系？
基因组时代，如何构建物种的复杂演化关系？构建物种间的联系，还原物种之间的系统发育关系⼀直都是分类学家与演化学家的理想（#毕竟看起来应该是可以实现的）。
物种之间的关系能复杂成怎样？例如了解演化的⼩伙伴⼀定见过的：⾮洲⼤裂⾕三⼤湖⾥短时间内爆发的鱼，或者⼀群翅膀颜⾊多的不⾏、相互之间有着千丝万缕关系的蝴蝶等等...做蛋糕需要做好⼀个蛋糕胚。
同样，物种关系的复盘需要⼀个框架性的模型。
将这种千丝万缕的关系按照简约的⽅式理解，可以简化为：⼀次成种事件发⽣后，⼀个祖先会形成两个物种，⽽这两个物种之后各⾃⼜经历⾃⼰的成种事件，再各⾃变成两个物种...对，这就是我们经常所说的⼆歧系统发育树，也叫⼆叉树：但有的时候，物种的形成并不像我们想象中的那么简单，还有可能发⽣杂交成种，基因渐渗，同源多倍化，异源多倍化，未完全谱系分选...总之怎么复杂怎么来。
因此，如果想要建⽴模型描述这样的模式，重新理清物种之间的分化关系，那么上⽂提及的⼆歧系统发育树就会变为⽹络，就像这样：⼆叉系统发育树⽆法完全解决的问题，才是物种形成与演化过程的真实模样。
但既然我们已经知道，构建系统发育⽹络才是正确的解题思路，但是为什么我们不这么做呢？因为..原因之⼀：最fancy的计算⽅式，对计算资源的要求较⾼，特别是相对贫困的evolution课题组。
但最本质的是原因之⼆：即使完成构建，物种的分化故事依然解决不清楚..究竟是什么原因，发⽣在什么类群？？？并⾮所有的课题组都有相关的分析⼿段和实验⼿段来理清思路。
所以，为了⽂章容易写⼀些，我们还是⽤⼆叉树吧..⽽另外⼀⽅⾯认为，咱们就建个⽹状关系，别费⼼思去整清楚了，反正也是不明不⽩的。
⼤佬写的算法⽂章告诉⼤家，做成⽹络不就好了！进⼊主题：虽然有这样的BUG，但原始数据是不可缺少的。
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实验-CPFEM方法在分析先进高强钢应力应变配分中的应用
实验-CPFEM方法在分析先进高强钢应力应变配分中的应用韩东; 丁桦; 赵文娟【期刊名称】《《材料与冶金学报》》【年(卷),期】2019(018)004【总页数】12页(P258-269)【关键词】先进高强钢; 数字图像相关; 晶体塑性有限元【作者】韩东; 丁桦; 赵文娟【作者单位】东北大学材料科学与工程学院沈阳 110819; 辽宁省轻量化用关键金属结构材料重点实验室沈阳 110819; 湘潭大学机械工程学院湖南湘潭 411105【正文语种】中文【中图分类】TG302先进高强钢(Advanced high-strength steels, AHSS) 由于具有广泛的应用前景，近年来一直是各国材料研究的重点.目前所研究的第三代AHSS实验钢多为双相或复相组织，包含高强度相(超细晶铁素体、马氏体、贝氏体等)与具有较好塑性及应变硬化能力的相(奥氏体等).在外加载荷作用下，各相间应力应变配分在变形过程中的动态变化对于材料整体变形至关重要[1].因此，分析微观应力应变配分有助于更加深入地理解现有高强钢的动态变形行为，并为通过设计新成分、相组成、相界面等途径来进一步提高高强钢性能提供理论指导[2].受实验手段限制，采用传统实验方法研究材料应力应变行为存在以下缺点：无法测量应力场，特别是微观应力分布；难以获得高应变条件下的应变分布；无法将材料应力应变同微观组织特征及演化相结合.早期的研究工作大多仅关注微观组织演变[3]或宏观应变场[4,5].微观数字图像相关技术(Microscopic digital image correlation, μDIC)的出现和发展，为微观应变场和微观组织演化的协同分析提供了有效手段.Martin[6]等将电子背散射衍射(Electron backscatter diffraction, EBSD)技术与μDIC技术相结合，可在获得微区应变场的同时对其组织进行分析，为分析材料的不均匀变形提供了有效方法.与此同时，基于晶体塑性理论的有限元方法也应用于模拟材料的应力应变行为.早期的工作大多基于形貌简化体胞模型[7-14].为了能更好地描述微观组织特征，获得更准确的结果，基于真实微观组织的晶体塑性有限元(Crystal plasticity finite element method, CPFEM)模拟近年来被广泛使用[11,15-23].随着原位实验技术[3,5,24-28]的发展和数值模拟理论[7,8,10,15,29]的不断完善，研究者通常配合使用μDIC技术与有限元方法以分析材料的变形行为.通过μDIC技术可获得试样变形过程中的应变分布及演变规律，可用于验证有限元模型的可靠性.同时，采用有限元方法可模拟出变形过程中的应力配分，这是传统实验方法难以企及的.本文对研究应力应变配分的传统实验方法与基于μDIC的原位实验方法进行了综述，并介绍了晶体塑性有限元方法的常用几何模型；归纳了应用于不同微观组织的几何模型建立方法；总结了先进高强钢变形中应力应变配分的最新研究进展.同时本文展望了晶体塑性有限元模拟与实验手段相结合的分析方法的发展方向与研究前景.1 分析应变配分的实验方法1.1 准原位实验准原位实验通常采用EBSD与常规拉伸相结合.首先对拉伸试样表面进行抛光处理，采用聚焦离子束(Focused ion beam, FIB)、显微硬度或纳米压痕等方法标出感兴趣区域(Region of interest, ROI).在拉伸实验前，先通过EBSD获得原始组织的图像和取向信息.随后将试样拉伸至较小应变量，对试样上标定ROI进行EBSD 分析，获得该区域变形后的晶体学信息.随后再对试样进行进一步拉伸.重复此过程即可获得同一区域不同变形量下的晶粒、组织、织构等演化信息.此方法的优点在于可以获得近似原位的实验结果，EBSD对试样损伤较小，可提供晶粒尺寸、应变分布、织构演化等信息.1.2 基于μDIC的原位实验常用原位分析技术包括原位高能XRD[30]、原位中子衍射[31-33]和数字图像相关技术[27,34-36].原位XRD和原位中子衍射实验无法获得微观尺度特征(如晶粒尺寸、形貌、各相属性等)对协调应变的作用[34]，而μDIC技术可有效解决这一问题.数字图像相关技术是一种非接触式现代光学测量实验技术，其基本原理是识别试样表面离散分布的特征点，通过比较变形前后的数字散斑图像，获得区域的位移场，进而通过计算可获得应变分布图.特征点的选取直接决定实验结果的准确性.常用的方法有以下两种：1) 追踪实验材料微观组织特征.例如滑移迹线的背散射电子(Backscattered electrons, BSE)[37]和二次电子(Secondary electrons, SE)[38]图像，腐蚀出的晶界[39]、EBSD图像质量图(Image quality, IQ)[40]等.该方法的优点在于不需要额外的喷涂步骤.但由于分辨率受形貌影响，较难模拟晶内变形.2) 人工添加特征点.可采用FIB[41]、重元素沉积法(Au、Pt等)[42,43]和紫外光刻法[44]等方法.其缺点为会对试样表面产生损伤或污染，甚至使组织发生改变，从而影响实验结果.Yan等[45]提出了使纳米尺度的SiO2颗粒附着在样品表面，并通过in-lens探头进行图像获取，降低形貌、形变等引起的衬度变化，减小SiO2颗粒对图像的影响(如图1所示).图1 两种特征点获取方法示意图[45]Fig.1 Schematic representation of two pattern imaging methodology[45](a)—常规SE图像获取方法； (b)—组织不相关图像获取方法.2 晶体塑性有限元方法2.1 晶体塑性有限元理论发展1938年，Taylor[48]在晶体学剪切变形的基础上提出了单晶塑性运动学方程和率无关本构关系.Rice[49]和Hill[50]随后对晶体塑性变形的几何学和运动学进行了深入的研究，并给出了相应的数学描述.Asaro[51]和Peirce[52]等进一步完善了晶体塑性理论，引入了自硬化和潜硬化的概念，推广了率相关模型.率无关与率相关两种模型的区别在于是否考虑应变速率对硬化的影响.在实际情况下，应变速率对变形后的组织性能有较大的影响，率相关模型更能反映材料变形的真实状况，因此得到了更为广泛的使用.自上世纪40年代Courant[53]等提出有限元基本思想以来，有限元方法得到了巨大的发展，被广泛应用于各行各业.晶体塑性有限元法是以晶体塑性理论为基础，结合有限元方法形成的一种全新的分析材料变形的方法.晶体塑性有限元法的优势在于可以求解复杂内部或外部边界条件下的晶体力学行为，可灵活使用各种形式的本构方程[54]，可模拟不同尺度的变形.此外还可以在模型中加入更多的微观信息特征变量，如晶粒形状、取向等，从而更准确地模拟材料的变形，预测织构的演化.2.2 常用几何模型2.2.1 体胞模型体胞模型[8-10,46,47]建立在多相材料的周期性假设基础上，将多相材料视为由周期性排列的体胞构成.图2为两种不同尺寸的球形马氏体颗粒和六边形立体结构的铁素体基体组成的体胞模型.通过对多相组织形态、含量、分布情况等进行分析，建立代表性体积元模型，对代表性体积单元(RVE)模型进行求解，可获得应力应变分布情况.该方法被用于分析马氏体体积分数和马氏体尺寸分布对宏观应力应变行为的影响[8-10]以及铁素体取向对DP钢取向梯度的影响[47].图2 含两种不同尺寸颗粒的轴对称体胞模型[8]Fig 2 Axisymmetric two-particle model RVE idealization[8]2.2.2 基于材料真实组织模型图3 DP980微观组织与相应有限元模型[11]Fig.3 An actual microstructure and the corresponding finite element model of DP 980[11] (a)—微观组织；(b)—有限元模型.双相/复相钢的变形行为与各相形貌、分布情况等紧密相关.体胞模型难以反映真实材料中的微观组织信息.因此，近年来，基于微观组织的有限元模拟成为了研究双相/复相钢变形行为的有效方法.通常使用金相显微镜、扫描电子显微镜(Scanning electron microscope，SEM)以及EBSD技术获得实验钢的微观组织图像，通过对图像进行去噪、矢量化等处理，构建模型.如图3(a)所示，使用SEM获得了DP980实验钢的微观组织图像，图中黑色和白色区域分别为铁素体和马氏体.随后使用Photoshop等软件对图像进行处理，通过调整对比度等参数将马氏体与铁素体进行区分，并生成晶界.接着将图像导入ArcMap将其转换为矢量图，利用Gridgen软件对获得的矢量图进行网格划分，并对单元所属物相进行定义，最终结果如图3 (b)所示.为模拟宏观试样的变形行为或分析不同相的平均应力应变，常通过微观组织图像建立代表性体积单元.通常代表性体积单元的建立基于以下假设：微观组织在所研究宏观区域内均匀分布，借助电子显微镜或金相显微镜获得单个或多个区域的图像作为代表性体积单元.Zhou[48]研究了DP980实验钢的应力应变行为，随机选取了20个尺寸为110 μm ×110 μm的区域进行模拟.结果显示，各区域模拟得出的宏观应力-应变行为并不相同.但是，若将这些区域随机分为两组(每组10个视场)，分别对每组结果取平均值，则两组结果极为相近.因此，对于组织不均匀或变形不均匀的材料，选取代表性体积单元时，应更为谨慎.选取数量较多或面积较大的区域进行模拟可以提高模拟结果的准确度.目前对双相/复相钢的应力应变行为的模拟研究大多基于二维模型，对三维试样不同位置、不同截面的变形模拟较少.由于在不同位置所受载荷的方向不同，边界条件也不同，会对应力应变分布的模拟结果产生较大影响.Paul[49,50]使用2D RVE 模型对DP590和DP780两种实验钢的力学行为和微观组织演化进行了研究.如图4所示，作者选取了三个不同位置进行模拟，探究不同载荷和边界条件的影响.其中A区域为平面应力状态，由于位于试样中心位置，其侧面在Y轴方向没有位移.B区域为平面应力状态，但由于接近试样表面，其侧面被认为没有约束.C区域为平面应变状态.模拟结果显示，在A区域中，由于侧面约束的存在，两种实验钢试样内均出现垂直延伸的高应变带.应变大多集中在铁素体中.B区域中，高应变带出现在最大剪应力方向上.C区域中，在加载初期即出现局部剪切集中的现象，且应变水平高于A、B两个区域.可见，二维模型难以全面反映出试样不同位置的应力应变情况.图4 拉伸试样上选取不同位置微元[49]Fig.4 Microelements in three different locations of a sheet specimen under tensile loading[49]2.3 本构模型2.3.1 唯象晶体塑性本构模型在晶体塑性理论中，流动法则反映了变形过程中材料的分切应变率同分切应力之间的关系.率相关流动法则采用幂指数形式描述如下：α )(1)式中，为参考滑移率，α为第α个滑移系分解剪切应力， c为滑移系α开动的临界分解剪切应力.m为滑移系的应变速率敏感性指数，m=0和m=∞分别对应率无关和粘弹性.实际晶体的硬化函数非常复杂，为了便于计算，将其简化为线性模型：(2)式中，hαβ为滑移的硬化模量，表示由第β个滑移系的塑性剪切引起的第α个滑移系的滑移阻力的增加，既包含了自硬化的影响，也包含了不同滑移系之间的潜硬化影响.自上世纪30年代Taylor提出各向同性硬化假设以来，学者们提出众多的硬化模型.目前较为常见的为Asaro硬化模型[51]以及Bassani和Wu[52,53]提出的硬化模型.Asaro硬化模型如下：(3)hαβ=qhαα, α≠β(4)式中， q为潜硬化系数与自硬化系数的比值， h0为材料刚屈服时的硬化模量，γ为滑移系的累积剪切应变， 0为初始临界分解剪切应力， 1为饱和状态下的临界值.上述模型的不足之处是无法描述潜硬化的影响.上世纪90年代，Bassani和Wu提出了新的硬化模型，通过对不同滑移系间的硬化使用不同的潜硬化系数，能更准确地反映实际硬化情况.其表达式为：hαα=F(γα)G(γβ)(5)hαβ=qhαα, α≠β(6)(7)(8)式中，F(γα)和G(γβ)分别为滑移系单滑移的硬化模量和具有交互作用的潜在硬化模量， hs为硬化第一阶段(易滑移阶段)的硬化模量，fαβ为滑移系α与滑移系β间的相互作用系数.2.3.2 基于位错的晶体塑性本构模型Ma[54-56]提出了基于位错密度的本构模型.可动位错沿滑移面α滑移以协调部分外部塑性变形，需克服平行于滑移面位错形成的位错场切过与滑移面垂直的林位错(9)(10)式中：χαβ为滑移系之间相互作用，为不可动位错密度.耦合可动位错与剪切速率可得：(11)其中， b为柏氏矢量，ν为可动位错平均速率.可动位错密度可表示为：(12)(13)式中： kB为玻尔兹曼常数， G为剪切模量.假设林位错切过过程由速率决定，可动位错速率可表示为：α)(14)式中：λα为移动宽度，与林位错间距成反比，νattack为相互作用频率， Qslip为位错滑移有效激活能，Vα为激活体积.有效剪切应力可表示为：(15)此模型中的硬化法则为位错密度的演化.文献中考虑了位错锁、位错偶极子、热湮灭和非热湮灭四种过程.其中前两种增加位错密度，后两种降低位错密度[54].3 研究现状3.1 DP钢DP钢通常为铁素体-马氏体双相组织，马氏体呈颗粒状分布于铁素体基体上.马氏体硬度较高，不容易变形，因此应变主要集中于铁素体中.由于马氏体与铁素体晶格结构相似，因此无法通过EBSD将两者标定出.但由于马氏体与铁素体IQ(Image quality，衍射花样质量)相差较大，所以可以在IQ图中由不同衬度区分.Tasan等[1]研究了DP钢的应变硬化行为，提出了实验与数值模拟相全方位结合的新方法.在原位变形过程中，通过μDIC技术，可以获得更高质量的应变图.同时，借助EBSD、电子通道衬度成像(Electron channeling contrast imaging, ECCI)、SE图像对相应的微观组织进行分析.通过EBSD图像建立CPFEM几何模型.铁素体属性由纳米压痕实验配合CPFEM模拟获得，对于晶粒大小与压痕接近的马氏体，其属性由拟合宏观应力应变曲线得到.针对该实验钢较高的相衬度和非线性应力-应变响应的特点，采用了新开发的基于FFT 的谱求解器.通过将模拟结果与实验应变场进行对比，可以获得局部应力场.图5为不同应变量下应力应变模拟结果.图5(a)显示，铁素体和马氏体存在显著的应变配分，铁素体承担了绝大多数的变形，且内部存在应变分布的不均匀，应变集中于与载荷方向成40～50°角的条带中.如图5(b)所示，应力集中于马氏体中.马氏体形貌和强度直接影响应力在马氏体区域分布的均匀性.变形过程中，马氏体较早达到应变峰值，且马氏体形状和与载荷方向所成角度对材料变形有着重要影响.由于所使用2D模型的局限性，无法描述马氏体在三维空间的分布情况.而实际材料中存在马氏体与铁素体互相重叠的情形，导致模拟结果与实际情况的偏差.图5 不同应变量(左：0.03，中：0.05，右：0.08)的数值模拟结果[1]Fig.5 Numerical results obtained from the CP simulations at an average strain of ε=0.03 (left), ε=0.05 (center) and ε=0.08 (right)[1] (a)—铁素体中Von Mises 应变； (b)—铁素体与马氏体中Von Mises应力.回火处理不但可以影响DP钢中马氏体的体积分数，也会影响两相性能.马氏体性能的变化对DP钢应力应变配分有较大影响.Han[57]对不同温度回火的DP双相钢进行了研究.模拟结果显示，随着铁素体与马氏体间强度差的增大，铁素体所承担的应变也增加，并且铁素体内应变分布更加不均匀，出现明显的高应变区和低应变区.当铁素体与马氏体属性相近时，应变配分现象更明显，但是铁素体内部应变分布更为均匀.3.2 贝氏体钢Fujita等[58]研究了含有马氏体-奥氏体的贝氏体钢.其基体为贝氏体，马氏体和残余奥氏体形成马奥岛.通过组织图像构建有限元模型时，EBSD可将奥氏体标定出.但由于马氏体与贝氏体具有相似的晶体结构，难以通过EBSD进行标定区分.因此作者通过置信度因子(Confidence index, CI)对其进行区分.置信度因子越高，表明晶体学取向标定更准确.马氏体和晶界处置信度因子较低，贝氏体置信度因子较高，可据此将各相识别出.后续模拟过程同DP钢相似.部分研究者对铁素体-马氏体钢[1,45,59]和铁素体-贝氏体钢[46]的研究显示，对于含有较高体积分数第二相的双相钢而言，应变集中往往出现在粗大的岛状第二相附近.而Fujita等研究结果显示，在变形的早期阶段，应变集中出现在贝氏体晶界附近而非马奥岛附近.这是由于该贝氏体钢中马奥岛体积分数和尺寸都较小，且马氏体-铁素体在变形初期有着与贝氏体相近的硬化能力.随着应变程度的增加，粗大的马奥岛附近出现较高应力梯度，马奥岛晶粒尺寸和分布都影响着应变集中.细小均匀分布的马奥岛可以防止严重的局部应变集中，有助于提高贝氏体-马氏体-奥氏体复相钢的应变容纳能力.3.3 双相不锈钢双相不锈钢组织由体积分数近似相同的铁素体和奥氏体组成.Tao[60]研究了2205双相不锈钢的应力应变配分.实验结果表明，高应力区域大多出现于奥氏体中，高应变区域则大多位于铁素体中.这是由于相比奥氏体，铁素体具有较低的屈服强度，先于奥氏体发生变形.铁素体中最大应变出现在岛状奥氏体之间的锥形区域，其方向近似垂直于施加载荷方向.基于幂率硬化法则模拟的力学曲线在真应变小于0.15时与实验结果符合较好.随着真应变进增大，模拟应力值与实际应力值偏差增大，反映出所用幂率硬化法则不能很好吻合全局变形行为.Jeong[33]使用CPFEM与EBSD相结合的手段研究了原始组织对双相不锈钢细观力学行为的影响.该实验采用了准原位拉伸-EBSD分析的方法获得试样在不同变形量下的应变分布，并基于真实微观组织建立了CPFEM模型.作者使用了唯象本构模型.双相的微观硬化参数由测得的宏观应力与沿载荷方向的晶格畸变拟合得到，应力-应变关系通过原位中子衍射与基于简化代表体积元模型的晶体塑性有限元模拟得到.Kernel取向平均差(Kernel average misorientation, KAM)图显示(图6)，在变形的各个阶段，奥氏体中的KAM值均大于铁素体KAM值.这主要是由于奥氏体具有较低的流变应力，且晶内存在高密度的大角晶界.晶体塑性有限元模拟较好地反映出了材料微观织构的演化以及双相的KAM分配情况.但是，模拟得出的铁素体中的KAM值低于实验结果.作者使用TEM对该差异进行了分析，认为其原因在于铁素体与奥氏体不同的变形机制：奥氏体发生平面滑移，形成层错；铁素体内形成位错胞.由于位错胞结构会在局部形成晶粒取向梯度，因此会导致模拟结果出现偏差.图6 DSS钢中铁素体与奥氏体KAM图[33]Fig.6 Evolution of the KAM in the constituent phases of DSS during uniaxial tension simulation[33](a)—ε=0；(b)—ε=0.15； (c) —ε= 0.2.图7 基于Abaqus/Standard有限元实现流程图[62]Fig.7 The flow chart of numerical algorithm into implicit FEM[62]图8 不同应变量von Mises 应变场有限元模拟结果[63]Fig.8 Results of microstructure-based FE simulations of plane-strain tensile deformation[63](a)—TRIP和TWIP机制激活； (b)—TRIP和TWIP机制未激活. 图9 不同区域的平均局部应力应变曲线和von Mises应变场[63]Fig.9 Averaged local stress-strain curves and von Mises strain fields obtained for plane-strain tension[63]3.4 TWIP/TRIP钢在TWIP钢和TRIP钢中，由于TWIP和TRIP现象的出现，使得材料具有优异的力学性能.为了模拟其变形行为，在经典晶体塑性理论中，除滑移外还需加入孪生和马氏体相变的描述.Sun[61]和郭宁[62]提出了耦合TRIP和TWIP效应的晶体塑性有限元模型.采用率相关方法描述塑性流动，引入滑移和孪生阻力以及相应临界剪切应力之比作为屈服准则.用易于数值实现的方式建立了马氏体体积演化分数的率相关唯象描述，并以此作为相变流动法则.基于传统单晶模型，考虑较大塑性变形条件和TWIP效应的影响，建立了阶段式应变硬化拓展法则，并忽略马氏体中的塑性变形.采用Abaqus有限元软件，将耦合孪生和马氏体相变的晶体塑性本构模型以UMAT的方式嵌入，具体流程如图7所示.Latypov[63]对Fe-6Mn-0.15C-1.5Si-3Al实验钢进行了研究.作者采用了中锰TRIP+TWIP钢的唯象本构模型，考虑了位错密度演化的硬化作用.孪生和相变的动力学分别用唯象法则和考虑孪生的Olson-Cohen模型来描述.图8(a) 和图8(b)分别模拟了试样在实际条件下(存在TWIP和TRIP效应)和忽略TWIP+TRIP机制条件下的变形行为.在TWIP和TRIP机制激活条件下，当应变为0.005时，奥氏体区域之间出现应力集中，呈条带状分布，与载荷方向夹角为45°.大部分铁素体未发生变形，仅分布在应力集中区域附近的铁素体发生变形.随着宏观应变量的增加，铁素体开始变形，应力分布趋于均匀.当应变增加到0.2时，条带状应力集中区再次出现，分布在铁素体区域内，并随应变量继续增加更加明显.此外，作者分析了不同应变量下的应变配分情况.如图9所示，变形初期，应变集中在铁素体内部的窄带，随着TWIP、TRIP效应的发生，高应变带转移至奥氏体-马氏体区域.该结果表明，TWIP和TRIP效应的激活使得部分奥氏体转变为马氏体，形成奥氏体-马氏体混合区域，使其流变应力超过铁素体，从而发生应力应变的转移.4 尚存在的问题准原位实验方法的主要缺点为：① 在较高的应变量下，EBSD的标定率会大幅下降，影响结果的准确性；② 使用FIB和压痕等方法对试样表面进行标记时，会损伤样品，并对标记周围晶粒变形产生一定影响；③ 实验流程较为繁琐，试样易受污染，影响实验结果.目前普遍采用的μDIC结合原位试验的方法可以较好地获得材料的微观区域应变分布，避免准原位实验的缺点.但由于μDIC是根据特征点的位移计算应力场，因此其精度与特征点密度正相关.即使采用不同探头，采用追踪微观组织特征点的方法通常都难以获得较好的特征点衬度，特别是当晶粒尺寸较小时，在较高放大倍数时获得清晰的组织细节较为困难.相较之下人工添加的特征点可以获得更高的衬度，特别是在选用尺寸为纳米级的喷涂颗粒时，能对细晶组织进行分析.但是目前的方法无法精确控制附着颗粒密度.采用晶体塑性有限元模拟双相或多相钢应力应变配分存在以下不足：一是现有模型未包含对材料强化机制及变形组织的描述.材料在变形时会出现不同的亚结构，如位错胞、位错墙、微带等，其演变过程直接影响材料的硬化行为.此外，部分材料存在固溶强化或析出强化机制，但现有模型并未引入相应变量[64].二是基于二维模型的模拟难以反映实际材料变形情况.目前3D-EBSD技术可以重构出材料的三维真实组织模型，但由于3D-EBSD采用FIB对样品表面进行连续切割，实验结束后研究区域完全遭到破坏，无法通过原位拉伸实验获得材料的实际变形行为.因此目前基于真实组织的模型大多为二维模型.虽然模拟结果能较好体现不同相之间的应力应变配分情况，但由于二维模型无法全面描述晶粒的形状、尺寸特点(例如板条状晶粒)，也未考虑实际三维空间中晶粒与周围晶粒之间的相对位置，因此模拟结果具有局限性.此外，使用晶体塑性有限元模拟材料的应力应变配分行为需定义材料中各物相属性，但目前仍没有准确获得材料中不同相的属性的有效手段.由于材料属性受成分、热处理工艺等影响较大，难以通过查阅已有文献获得准确数据.部分学者通过纳米压痕实验获得相关参数[1,57,58]，但目前对纳米压痕硬度与屈服和抗拉强度之间换算关系的研究仍处于探索阶段.此外，载荷选取对纳米压痕硬度值有较大影响，进而影响结果的准确性.5 结语与展望基于微观组织的实验-晶体塑性有限元模拟方法虽存在上述不足之处，但成熟的晶体塑性理论、丰富的本构方程以及日益发展的微观组织观测手段，结合高效灵活的有限元方法，使得该方法在研究双相/复相钢应力应变配分上具有传统方法无法比拟的优越性.目前已经可以较好地模拟DP钢、双相不锈钢以及含有TRIP和TWIP。
显微组织的拓扑结构
显微组织的拓扑结构前言显微组织是指由细胞和细胞外基质组成的组织。
细胞是生命的基本单位，而组织是由多个细胞按照一定的方式组织起来的。
显微组织的拓扑结构研究了细胞和细胞之间的空间关系，揭示了组织的结构和功能之间的关联。
组织的层次结构组织的层次结构包括细胞、组织、器官和系统四个层次。
细胞是组织的基本单位，组织是由多个细胞组成的结构，器官是由多个组织组成的功能单位，系统是由多个器官协同工作的整体。
显微组织的拓扑结构主要研究细胞和组织之间的关系。
细胞的排列方式细胞在组织中的排列方式决定了组织的结构和功能。
常见的细胞排列方式有单层排列、多层排列和腺体排列。
•单层排列：细胞只有一层，常见于管状或薄片状的组织，如肠道上皮组织和肺泡上皮组织。
•多层排列：细胞有多层，常见于需要保护的组织，如皮肤上皮组织和口腔黏膜组织。
•腺体排列：细胞形成腺体结构，常见于分泌物的产生和排泄，如胃腺和肾小管。
细胞之间的连接细胞之间通过连接蛋白相互连接，形成细胞间的连接。
常见的细胞间连接方式有紧密连接、连接突和间质连接。
•紧密连接：细胞膜之间通过紧密连接蛋白相互连接，形成细胞间的密封屏障，防止物质的通过。
常见于上皮细胞，如肠道上皮细胞。
•连接突：细胞膜之间通过连接突蛋白相互连接，形成细胞间的连接通道，使得物质可以通过。
常见于神经细胞，用于神经信号的传递。
•间质连接：细胞之间通过间质连接蛋白相互连接，形成细胞间的结构支持，保持组织的稳定性。
常见于肌肉组织，如心肌细胞。
细胞外基质的作用细胞外基质是细胞外的一种结构，由胶原蛋白、弹性蛋白和多糖等组成。
它对细胞的生长、分化和迁移起着重要的作用。
•提供支持：细胞外基质形成了细胞的支架，为细胞提供了支持和稳定，使得组织能够保持形态和结构。
•信号传递：细胞外基质中的分子可以与细胞表面的受体结合，传递信号，影响细胞的生理功能和行为。
•调节细胞迁移：细胞外基质中的蛋白质可以与细胞表面的受体结合，调节细胞的迁移，使得细胞能够在组织中定位和迁移。
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整体装片法的适用范围及优点
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六、透明：
透明是制片过程中的基础工作，材料经各级酒 精脱水以后，要经过常用的有机榕剂进行透明。只 有当组织材料全为透明剂所占，并在显微镜下观察 呈透明状态时，这种材料才符合制片要求，故透明 是制片的重要环节，万不可忽视，凡未经透明的材 料（不论在何步骤透明）都必须重新退回处理，直 到材料透明再继续向下处理。 常用透明剂种类：二甲苯、氯仿、苯、甲苯、丁 香油、冬青油、香柏油等。
2018/10/23
6
注意：
要注意固定目的物本身的结构性质，以便选用适合的 固定液，如一般根、茎、叶的组织切片用FAA，根尖、 花药压片材料用卡诺式固定液，花药胚囊用纳瓦申（Na vashin‘s）液，茎尖（根尖）用铬酸-醋酸液。另外，固 定时间的长短，要根据材料的特点而增减 常用的固定液有以下几种： 1、FAA固定液（福尔马林－冰醋酸－酒精） 2、FPA固定液 3、CanoysFluid（卡诺氏液 ）
2018/10/23 18
注意：一般选用二甲苯作为透明剂。材料在二甲苯 中时间不宜过长，否则材料收缩变硬，变脆。 方法： 1/2无水酒精 ＋1/2二甲苯和纯二甲苯中透 氯仿透明的优点是： ①组织材料在氯仿中浸存，收缩不显著 ②易挥发，如浸蜡时，使用的氯仿经包埋前的 处理便于除去 其缺点有： ①渗入组织内力量较二甲苯弱、时间长 ②氯仿能使染料褪色，故染色后的切片处理不宜 用氯仿透明而用二甲苯。
连续介质力学第四章
0 0
（ 4.47）
如果对变形梯度进行极分解:
0
F R U
，并且取 Q
0
R
T
,则
T
X , t ) h { { X ; F ( X , )} } R ( X , t ) h { { X ; U ( X , )} } R ( X , t ) （
（ 4.48）
为一常数
客观性原理认为,材料的本构关系不应该随观测者的改变而改变,即 在时空变换(4.2)式下,本构关系的形式是不变的,且本构关系中的张量应 该是客观性张量。
Network Optimization Expert Team
三、张量的客观性 1、客观性张量的定义
由(4.2)式,我们假定在参考时刻 t 0 ,有 Q ( t 0 ) I ,则根据(2.27)我们得到满 足如下的变形梯度的关系式
Network Optimization Expert Team
6、客观性原理
* * 现在考虑满足以下变换关系的两个时空系{ x , t }和 { x , t }
*
x
Q ( t ) x c ( t ), t
*
t a
( 4 .2 )
其中 Q ( t ) 为正交张量,
c ( t )为一向量, a
F Q (t ) F
*
( 4 .5 )
* * *
由极分解定理, F R U V R 和 F R U
U
*
V R
*
*
得
U , R Q R ,V
*
*
Q V Q
T
( 4 .6 )
同样的,根据(2.68)我们可以得到物质导数如下
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第12卷第1期2005年2月塑性工程学报J OU RNAL OF PL ASTICIT Y EN GIN EERIN GVol 112 No 11Feb 1 2005基于显微组织演化的本构关系的建立方法3(西北工业大学材料科学与工程学院,西安 710072) 刘 东 罗子健摘 要:提出了一种根据显微组织演化建立材料本构关系的方法。
所建立的本构关系,可以体现热态塑性成形过程中变形2传热2组织演化之间的复杂交互作用。
因此,这种本构关系可以使以其为媒介的有限元变形2传热2组织演化耦合分析结果更接近问题的真实解。
关键词:本构关系;显微组织演化;GH4169合金中图分类号:O34411;T G 11117;T G 14611 文献标识码:A 文章编号:100722012(2005)01200542043航空科学基金资助项目(02H53062)。
刘 东 Email :lidong @nwpu 1edu 1cn作者简介:刘东,男,1969年生,博士,副教授收稿日期:20042052271 引 言各类锻件,特别是航空和宇航工业用难变形材料锻件的性能主要取决于其显微组织。
因此,为了高效而及时地供应各类优质锻件,建立热态塑性成形过程中坯料内显微组织预测方法,已成为塑性加工领域的前沿研究课题。
Sellars 及其合作者在建立热态塑性成形过程中显微组织演化模型方面,进行了大量开创性工作。
随后Yada ,Saito ,Perdrix ,Devadas 等在这方面进行了大量工作,提出了不少热态塑性成形过程中的显微组织演化模型。
虽然所提出的各种显微组织演化模型都是以物理冶金学的基本原理为基础的经验方程,但他们抓住了热态塑性成形过程中显微组织演化的本质。
因此,在过去很长一段时间内,直接将有限元数值模拟的结果代入这类显微组织演化模型,以预测热态塑性成形过程中显微组织演化的趋势[1,2]。
在热态塑性成形过程中,工件经受变形的同时,与周围环境存在热交换,工件内部还发生热传导过程。
变形与传热过程使工件内热力参数发生变化,从而导致工件的显微组织发生变化。
显然,显微组织变化会引起材料在塑性成形过程中的力学行为发生变化,从而影响塑性变形过程。
以上所述表明,热态塑性成形过程中,变形2传热2组织演化之间存在复杂的交互作用,因此,要揭示热态塑性成形过程中显微组织演化规律,需要对变形2传热2组织演化进行耦合分析。
将有限元数值模拟结果代入以经验方程表示的模型,以预测热态塑性成形过程中显微组织演化的趋势的方法,没有考虑热态塑性成形过程中变形2传热2组织演化的交互作用,因而是一种低层次的预测方法。
为了在考虑变形2传热2组织演化交互作用的情况下预测热态塑性成形过程中显微组织演化,可行的方法,是在本构关系中引入表征显微组织演化的参数,即所谓内变量。
Chenot 等应用内变量本构关系成功预测了三维挤压过程中坯料内晶粒尺寸的演化规律[3]。
Yanagimoto 等以位错密度作为表征显微组织特征的参数引入本构关系,并以各轮动态再结晶的次数表示相应的亚结构,应用有限元方法对50CrV4刚热态塑性成形过程中的流动应力、各轮动态再结晶组织的体积份额,以及晶粒的平均尺寸的演化规律进行了预测,使热态塑性成形过程的有限元变形2传热2组织演化耦合分析方法提高了一个层次[4]。
但是,Yanagimoto 等提出的方法中需要用实验方法确定的材料参数较多,其中加工硬化系数和动态恢复系数的确定是困难而费时的工作,因而限制了这种方法的实际应用。
为了建立便于实际应用而尽量接近真正意义上的有限元变形2传热2组织演化耦合分析方法,本文首先介绍一种基于显微组织演化的本构关系建立的方法。
这种方法将动态再结晶组织的体积份额作为表征显微组织的参数,使热态塑性成形过程中变形2传热2组织演化的交互作用体现在所建立的本构关系中。
然后,在Thermecmastor 2Z 型热加工模拟实验机上试验结果的基础上,具体说明应用所提出的方法建立GH4169合金本构关系的过程。
2 本构关系的建立方法[5]热态塑性成形过程中,材料经受一定的应变后,其内部发生动态恢复过程。
这种过程使材料的位错密度减小,导致材料的加工硬化程度降低,即呈现一定程度的软化。
当材料经受的应变达到所谓临界应变εc时,材料内部就发生动态再结晶过程,形成新的动态再结晶晶粒。
这些晶粒一成形,就与剩余的原始晶粒一起发生变形。
当形成的动态再结晶晶粒经受的应变达到与当时的热力参数相应的临界应变时,已成形的动态再结晶组织将发生新一轮动态再结晶过程,形成新的动态再结晶晶粒。
以上所述表明,热态塑性成形过程中,材料的晶粒组织由原始晶粒组织和各轮动态再结晶过程形成的晶粒组织构成。
因此,可以认为,热态塑性成形过程中材料的宏观流动应力,是上述各类晶粒组织的流动应力的加权和,即σ=x0σ0+x1σ1……x nσn(1) 其中,σ为材料的宏观流动应力;x i(i=0,n)为各种晶粒组织对流动应力的贡献,i=0指原始晶粒组织,其余指各轮动态再结晶晶粒组织;σi(i= 0,n)为各种晶粒组织的流动应力。
根据式(1),作者所提出的本构关系建立的方法,可归结为确定热态塑性成形过程中材料内原始晶粒组织和各轮动态再结晶晶粒组织的流动应力和它们各自对流动应力的贡献。
3 GH4169合金的本构关系311 各种晶粒组织的流动应力虽然热态塑性成形过程中材料动态再结晶晶粒组织由先后发生的各轮动态再结晶晶粒组织构成,但是,对于GH4169合金,金相观察结果表明,各轮动态再结晶粒的大小、形态和结构并无明显差别。
因此,可以认为,热态塑性成形过程中GH4169合金的晶粒组织由原始晶粒组织和动态再结晶晶粒组织构成,而且它们的流动应力都取决于动态回复过程。
根据上述观点,GH4169合金的两类晶粒组织的流动应力可以统一表达为σi=A+B・lnεi(2)式中 σi———原始晶粒组织或动态再结晶晶粒组织的流动应力εi———所考虑的晶粒组织经受的应变A,B———与温度和应变速率有关的材料参数 式(2)中的εi可按下式确定εi=ε-α・i・εc (i=0,n)(3)式中 ε———等效应变i———各轮动态再结晶晶粒组织,i=0指原始晶粒组织α———考虑动态再结晶过程提前发生的系数,可取为0195εc———动态再结晶开始的临界应变,可按下式计算[6]εc=56・exp[4185×10-3(ln Z)3+0153(ln Z)2+19166ln Z+242136](4)式中 Z———Z ener2Hollom on参数,Z=ε・-・exp(Q/R T)ε・-———应变速率Q———激活能,对于GH4169合金,Q=389k J/m olT———变形温度R———气体常数对于GH4169合金的原始晶粒组织,式(2)中A和B的计算公式如下[5]A=1155(T p-T)+0111(T p-T)lnε・-+f1(ε・-)(5) B=1121(lnε・-2+13182(lnε・-)+42199+f2(T,ε・-)(6) f1(ε・-)=2144(lnε・-)2+63176(lnε・-)+405134(7) f2(T,ε・-)=T p-T1000[2188(lnε・-)3+1150(lnε・-)2+11140(lnε・-)+342](8)式中 T P———GH4169合金的δ相溶解温度,T P=990℃对于GH4169合金的动态再结晶晶粒组织,式(2)中A和B可按表1和表2确定[5]。
表1 动态再结晶晶粒组织的参数A的数值Tab11 The values of A for recrystallized grains T/RA501010110101 12333991935813349112781915910 12533611633516320152601214719 12733501332511274192151313512 12933351531110260141891912016 注:T为温度(K);R为应变速率(s-1)。
55 第1期刘 东等:基于显微组织演化的本构关系的建立方法表2 动态再结晶晶粒组织的参数B的数值Tab12 The valves of B for recrystallized grainsT/RB50101011010112333413920191231891319051902 12533713125130301302216981711 12733716722165201891017331675 12933016810172131643170301687 注:T和R的意义同表1。
312 各种晶粒组织对流动应力的贡献前面已经指出,热态塑性成形过程中材料发生动态再结晶过程后,随着变形的进展,会发生各轮的后续动态再结晶过程。
各轮动态再结晶晶粒组织对流动应力的贡献可按下列公式计算:x n=X1d X2d…X n d(9) x n-1=(1-X n d)X1d X2d…X n-1d(10)・・・x1=(1-X2d)X1d(11) 以上各式中,x n,x n-1…x1分别为第n,(n-1)…1轮动态再结晶晶粒组织对流动应力的贡献; X i d(i=1,n)为第i轮动态再结晶晶粒组织的体积份额,对于GH4169合金,可按下式计算[6]X d=1-exp-ln2・ε-εcε0151115(12) 其中,ε015为某一轮动态再结晶晶粒组织的体积份额达到50%时的应变,可按下式确定[6]ε015=010019・Z01126(13) 应用式(12)计算得到第1轮动态再结晶晶粒组织的体积份额后,就可按下式确定原始晶粒组织对流动应力的贡献x0=1-X1d(14)式中 x0———原始晶粒组织对流动应力的贡献按以上所述方法计算出热态塑性成形过程中GH4169合金内各种晶粒组织的流动应力和它们各自对流动应力的贡献后,就可建立式(1)所示基于显微组织演化的GH4169合金的本构关系。
313 本构关系的检验按上述方法建立的GH4169合金本构关系的计算结果和Thermecmastor2Z型热加工模拟实验机上试验结果示于图1。
从图1看出,计算结果与试验结果相当吻合,表明所建立的本构关系,能定量表征热态塑性成形过程中GH4169合金的力学行为,体现GH4169合金热态塑性成形过程中变形2传热2组织演化的复杂图1 本构关系的检验a)960℃;b)1000℃Fig11 The test of constitutive relation交互作用。
4 结 论1)作者提出了一种根据热态塑性成形过程中动态恢复和动态再结晶演化建立材料本构关系的方法。
2)用所提出方法建立的本构关系,可以体现热态塑性成形过程中变形2传热2组织演化之间的交互作用,因此,这种本构关系为进一步发展热态塑性成形过程的有限元变形2传热2显微组织演化耦合分析方法创造了前提。