COMSOL多晶体Voronoi泰森多边形晶体取向力学分析
多晶材料几何模型模型构建采用的CAD Voronoi V2.3版本,可分图层对晶格进行绘制,分别导入有限元软件后实现三种晶体取向的差异性。
将构建好的Voronoi多晶体几何模型文件导入到COMSOL内,构建好晶体结构模型后,进行材料赋值操作,这里采用了三种不同的晶格材料+一种晶格边界。
这四种材料杨氏模量E的关系为:晶格边界<<蓝色<<黄色<灰色,其中蓝色材料的杨氏模量比黄色小一个数量级,黄色比灰色小一倍,由此来区分不同晶格取向上的力学性能的差异。
对Voronoi晶体模型进行网格划分后,进行简单的单轴压缩模拟,并生成应力分布图。
通过应力图可以看出,应力大的位置主要出现在杨氏模量更大的灰色晶格上,这与一般的力学常识相一致。同时可发现较大的晶格边界应力,这将导致晶格间的劈裂。
同时进行同取向晶体单一材料模拟对比分析,应力图如下:
同材料Voronoi晶体的轴压试验中,不同晶格之间的应力无明显差异性,无晶格取向的晶体力学性能更趋向于各项同性材料,因此多晶结构的差异主要在于晶体取向的不同。
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