COMSOL多晶體Voronoi泰森多邊形晶體取向力學分析

多晶材料幾何模型模型構建采用的CAD Voronoi V2.3版本,可分圖層對晶格進行繪制,分別導入有限元軟件后實現三種晶體取向的差異性。

COMSOL多晶體Voronoi泰森多邊形晶體取向力學分析的圖1

將構建好的Voronoi多晶體幾何模型文件導入到COMSOL內,構建好晶體結構模型后,進行材料賦值操作,這里采用了三種不同的晶格材料+一種晶格邊界。

COMSOL多晶體Voronoi泰森多邊形晶體取向力學分析的圖2

這四種材料楊氏模量E的關系為:晶格邊界<<藍色<<黃色<灰色,其中藍色材料的楊氏模量比黃色小一個數量級,黃色比灰色小一倍,由此來區分不同晶格取向上的力學性能的差異。

COMSOL多晶體Voronoi泰森多邊形晶體取向力學分析的圖3

對Voronoi晶體模型進行網格劃分后,進行簡單的單軸壓縮模擬,并生成應力分布圖。

COMSOL多晶體Voronoi泰森多邊形晶體取向力學分析的圖4

通過應力圖可以看出,應力大的位置主要出現在楊氏模量更大的灰色晶格上,這與一般的力學常識相一致。同時可發現較大的晶格邊界應力,這將導致晶格間的劈裂。

COMSOL多晶體Voronoi泰森多邊形晶體取向力學分析的圖5

同時進行同取向晶體單一材料模擬對比分析,應力圖如下:

COMSOL多晶體Voronoi泰森多邊形晶體取向力學分析的圖6

同材料Voronoi晶體的軸壓試驗中,不同晶格之間的應力無明顯差異性,無晶格取向的晶體力學性能更趨向于各項同性材料,因此多晶結構的差異主要在于晶體取向的不同。

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