微观力学建模技术:更好的理解

TWI一直在使用微观力学建模技术，以更好地理解材料的微观结构与其宏观尺度功能性能之间的联系。

工业产品和工程部件的生命周期从设计和制造到在役使用和最终处理。适当的材料性能在每个阶段都是至关重要的，材料特性通常被用来确认产品是否适合。

在小尺度下，微观结构非均匀材料的实验特征往往在测量响应中产生显著的变化。TWI开展了一项多尺度建模计划，以提供对这些观测到的统计变量的深入了解，并调查深度传感压痕测试在评估散装材料响应方面的局限性。

微机械造型

多尺度和微观力学建模是关于不同长度尺度之间的物理如何以一致的方式相互作用。当了解窄焊缝热影响区(HAZ)的断裂韧性，或纳米结构涂层在高温下防止腐蚀的耐磨性时，了解材料系统在小长度尺度下的行为是很重要的。为了解决这些挑战，TWI生成了电子束焊接钢样品和超细晶粒商业纯铝样品的代表性微观组织的有限元(FE)模型。对6000多个纳米压痕模拟测试进行了分析，每个模拟都具有不同的晶粒取向和微观力学性能。通过统计分析得出硬度预测结果，以确定响应的不确定度与测试参数之间的关系。图2显示了一个典型的模拟示例。

模拟提供了重要的见解，在特征先进材料系统的不确定性的基本来源。硬度变化系数与归一化压痕深度(压痕深度与平均晶粒尺寸比)之间的关系如图3(虚线曲线)所示。

然后通过对多种材料系统(图3中不同颜色的数据点)的300多个不同的实验测量来验证模型预测。