基于滑移/孪生协调变形的本构模型及参数识别

孪生在低塑性材料和高速冲击变形过程中起重要协调作用。在有孪生参与的变形过程中，材料的力学行为和组织演变有其特殊的规律。本项目拟以AZ31和AZ80两种典型镁合金为对象，研究不同变形条件下孪生/滑移协调变形行为及其对流变应力和组织演变的影响，建立变形过程中孪晶形核、长大以及在组织中所占体积分数的动力学模型；引入孪生、动态再结晶和晶粒长大作为内变量，建立既能反映变形过程中组织变化，又适合于推广应用的滑移/孪生变形统一本构模型；通过构建合理的目标函数,结合神经网络和并行隔代映射遗传算法，解决反问题常有的不稳定性、强非线性、计算量大等难题，精确、快速地反分析求解本构参数；将所建立的模型应用于挤压、锻造等典型塑性成形过程的数值仿真，并加以实验验证。项目研究为孪生/滑移协调变形过程的组织演变数值仿真探索新的方法和途径，同时丰富现有的材料热变形理论，有助于加强对金属变形过程中晶粒演变规律的理解。

本项目开展镁合金在不同条件下孪生/滑移协调变形行为及其对流变应力和组织演变的影响研究，取得了一系列创新成果。AZ80镁合金在中温变形时以孪生为主，伴随有动态回复；在高温变形时，发生连续动态再结晶，再结晶组织相对较均匀。挤压态的AZ31镁合金在热压缩过程中发生包晶形核，即是传统的不连续动态再结晶，同时也观察到孪生诱导动态再结晶现象；采用热压缩实验，获得了AM80镁合金的流变应力曲线，建立了该合金的热加工图，并结合热加工图探讨了合金的热变形行为和显微组织演变；采用EBSD技术分析在镁合金热变形过程中的孪生类型说明主要发生了拉伸孪生。通过对流变应力曲线进行二次求导，获得孪生发生的临界应变值。整个变形过程中主要的变形机制是基面滑移，而在变形初期拉伸孪生和二阶锥面滑移是次级变形机制，随着变形继续，棱柱面滑移代替拉伸孪生成为次级变形机制。建立了基于动态再结晶、孪生和晶粒长大等内变量的镁合金变形统一本构模型；采用了支持向量机等优化算法快速、准确地对本构模型参数进行反分析识别；采用所建立的统一本构模型能准确预测镁合金热压缩过程和挤压过程的微观组织演变。. 项目组发表学术论文14篇，其中SCI、EI收录12篇，超额5篇；申请国家发明专利2项；授权发明专利2项；获省部级科技奖2项；获国际知名杂志“J. Mater. Process. Techn.”、“Mater. Charact.”论文引用奖3项；在本领域重要国际会议上做特邀（大会）报告3次。培养博士研究生5名，硕士研究生12名。