大连交通大学2012届本科生毕业设计外文翻译PAGE\*MERGEFORMAT7多孔钛的有限元建模摘要多孔泡沫金属的微观结构导致变形，从而降低了损伤容限，因此限制材料在应用下的微观应力和应变定位。在本文中，在一个相对较低的孔隙率多孔钛的变形研究中使用二维（2D）平面应变和三维（3D）有限元模型，以确定这种模拟的准确性和局限性。生成的有限元模型，模拟了基于显微组织微观结构的实验材料的照片。相比于二维模型，三维模型所需要模型的规模较小，以获得收敛结果。由三维模型预测宏观响应与实验结果的很好地吻合，而二维模型则低估了响应。此外，三维模型预测微观场变量分布更均匀。二维模型预测VonMises应力的等效塑性应变超过一定值的概率较高，因此高估了材料的失效概率。关键词：多孔钛；微观结构的有限元分析的VonMises应力分布，塑性应变分布。1.简介钛基泡沫继承钛优异的力学性能和生物学特性，其合金的结构材料和多孔骨有替代植入物的潜在应用。尤其是作为一个潜在的植入材料，多孔的材料刚度下降到可以和开放孔隙相对密度的平方相仿，而且允许骨长入。然而，钛泡沫会导致多孔微结构变形，降低了损伤容限下的应力和应变定位。因此限制了他们的应用。由于局部的微观结构是由构型决定的，因此学习孔结构，孔隙率，骨长入的影响在宏观和微观模型的响应是有必要的。模型分析是能够预测整体理想化的条件，或简化假设下的材料响应。相比之下，有限元（FE）模型能够提供一个领域完整的解决方案和非均质的微观结构。这里考虑的多孔钛由经过两个步骤处理的固态发泡技术产生：第一，单个的高压氩毛孔内存在氩气，是钢坯因为粉末而增密。单独的毛孔在高温下形成矩阵，使周围产生塑性变形，使泡沫扩张。当孔隙度小于25％时，毛孔大多呈圆形，通常等轴。由于材料的发泡高孔隙率，这些最初隔离的毛孔合并，形成一个复杂的，毛孔粗大的曲折形。一个目的为钛泡沫的应用是作为骨植入材料，其中多孔微结构可以降低刚度（为减少应力屏蔽）以及骨长入地点。同时为了保持机械耐用性，通常认为一种理想的骨科应用范围为孔隙率40-50％。此外，在此孔隙度范围内，高开孔隙度可以显著地达到允许逾渗毛孔的骨生长。然而，高对比度的两个阶段（毛孔和矩阵）的特性使其很难获得具有代表性的体积元素（RVE）的有限元仿真的泡沫。在孔隙率超过30％时，微观结构的RVE问题进一步因为复杂毛孔合并而复杂化。因此，此相关性的初步研究的目的为多孔钛的整体性能和本地化行为的二维模型，我们集中在一个较低的孔隙率多孔钛和高孔隙率的更为复杂的问题。图1金相光学显微镜下的钛泡沫截面（a）14.7％的孔隙率（b）50％的孔隙率多孔钛的微观几何形状在低孔隙率（14.7％）。如图所示。因为类似颗粒增强金属基的复合材料（镨金属基复合材料）的微观特点，因此他们的基体和夹杂物的连通性很低。因此，可以利用低孔隙度多孔钛的有限元方法来进行镨金属基复合材料的分析。为了减少镨金属基复合材料的数值模拟的计算要求，无论基质或者局部的非均质性，它经常被认为是一个均匀分布的颗粒。基于这个假设，模拟时减少到一个单一微观的建设区块，单元模型中只包含一个单粒子。出于同样的原因，同时考虑到粒子的分布，微观结构强烈的三维（3D），二维（2D）的多粒子模型也被广泛用于研究局部应力和应变分布。对于这三种类型的模型之间进行比较，一些研究人员已在探索简化三维微观结构单元或二维多粒子模型的有效性。通过显微镜下的响应预测，这三种类型的模型之间已经发现许多不同。例如，多粒子随机分布的颗粒在3D模型的应力和应变场的最高值远远高于相应的在一个颗粒紧凑的区域单元模型和定位的应变和应力的值。2D模型预测塑性应变分布本地化为45度倾斜方向加载的频段，而三维模型的预测，只表明颗粒周围并没有明确的网络工作的塑性应变带。然而,单轴应力-应变响应的预测按照多质点模型下二维平面应变条件和广义单元模型与多质点三维模型的预测结果吻合。尽管在镨金属基复合材料和多孔钛之间的微观几何形状的相似性，但是其失效机制不同。虽然颗粒被添加到镨金属基复合材料来加固金属基，但是钛基多孔钛的孔隙被削弱。镨金属基复合材料中硬而脆的增强物质提供无效核粒子，是导致韧性骨折的断裂优先点。在多孔钛中，广泛矩阵空隙中具有零模量和失效应力和应变的夹杂物造成孔壁塑性屈服和韧性断裂是需要关注的。基于相对简单的有限元模型创建来重现实际微观金相切片观察画面或设计尽可能的孔隙形貌和分布，二维有限元分析法的使用是很有吸引力的。例如，用LI等人的二维有限元模型，来研究该孔结构影响对多孔钛的机械反应。同时利用二维模型来模拟二维蜂窝细胞材料，如泡沫似乎是合理的，简化了明显的三维微观结构的钛泡沫，通过观察二维和三维有限元分析之间的差异和相关性来探讨二维多孔隙模型的有效性。多孔材料的晶