近日，机械与汽车工程学院智慧能源与低碳化技术研究所霍元明副教授指导硕士研究生陈港在SCI一区Top期刊《Thin-Walled Structures》上发表了最新研究成果《Crystal Plasticity Finite Element Method Investigation of normal tensile deformation anisotropy in rolled pure titanium sheet》。
针对密排六方晶格(HCP)晶体结构的工业纯钛在室温下具有高度的各向异性性质，论文解决在介观尺度上的晶体取向呈现的轧制织构所导致的技术难题。在室温下对五种不同角度的光滑试件进行拉伸实验并通过EBSD和SEM分别对中心变形区域和断裂区域进行表征；将修正的各向异性硬化模型以增量硬化形式纳入晶体塑性有限元(CPFEM)框架，来描述纯钛的各变形系统的初始强度和硬化增量演化；在CPFEM模拟中考虑了滑移和孪生两种机制，使用三种不同划分网格策略的模型在第一象限均分的五个方向进行了准静态拉伸条件模拟以捕捉纯钛板材宏微观变量演化。研究结果表明：应力应变，系统活性，累积剪切应变，晶体取向，孪生体积分数，应力三轴度和Lode参数等变量均存在各向异性。
据悉，钛及其合金的薄壁结构在工程建设中所占的比例越来越大，应用领域也越来越多样化，从飞机、汽车、桥梁、船舶、石油钻井平台到储存船、工业建筑和仓库。在研究各向异性机械和强度性能基础上，薄壁结构可以有效减少原材料的浪费，是低碳制造的核心部分之一。大力发展薄壁件的低碳绿色制造，不仅对推进“新质生产力”的发展，缓解资源环境瓶颈约束与实现碳达峰碳中和目标具有重要作用，而且对加快转变经济发展方式、推动工业转型升级、实现制造业高质量发展具有现实意义。
该项研究成果的发表得到了国家自然科学基金项目“钛合金航空紧固件冷镦塑性损伤形成机理研究”的资助，同时得到了英国帝国理工学院材料力学系主任林建国教授（英国皇家工程院院士、欧洲科学院院士）细心的指导和建议。