Computational Elastic Analysis of AA7075-O using 3D-Microstructrure-Based-RVE with Really-distributed Particles

材料科学 微观结构 扫描电子显微镜 代表性基本卷 表征(材料科学) 粒子(生态学) 有限元法 周期边界条件 复合材料 边值问题 结构工程 纳米技术 数学分析 数学 工程类 海洋学 地质学
作者
Qingping Sun,Mukesh Jain
出处
期刊:International Journal of Mechanical Sciences [Elsevier]
卷期号:221: 107192-107192 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.ijmecsci.2022.107192
摘要

AA7075 is of special interest amongst aluminum alloys for structural applications in automotive and aerospace industries because of its higher strength. Due to advances in experimental and numerical analysis tools, there is much interest amongst researchers in developing analytical and computational methods to calculate the effective material properties of AA7075 alloy based of its complex microstructure. This paper presents a novel computationally-efficient reconstruction of three-dimensional microstructure of representative volume element model with real distribution of particles using focused ion beam equipped with scanning electron microscopy techniques and specialized computer software to investigate the mechanical properties of AA7075-O sheet. As part of material microstructure characterization for computational analysis, particle identification and chemical characterization of the AA7075-O sheet are also investigated by scanning electron microscopy-based energy dispersive X-ray spectroscopy and electron back-scatter diffraction analysis. The results show that there are three main types of particles that exist in AA7075-O sheet, i.e., irregularly-shaped iron-rich particle Al3Fe, elliptically-shaped particle MgZn2, and needle-like particle CuAl2. The spatial distribution of these particles in AA7075-O sheet from a set of scanning electron microscopy images are utilized to reconstruct RVE models in a finite element analysis environment and analyzed with periodic boundary condition and kinematically uniform boundary condition. Also, a comparison of RVE results with that of modified rule of mixtures is presented. It is shown that the particular boundary conditions have almost no influence over the effective elastic properties when the RVE size is 10 um × 10 um × 10 um and volume fraction of particle is large. Also, the modified rule of mixtures predictions of elastic properties generally well match with the trends of RVE-based computational results, which implies the validity of simpler modified rule of mixtures approach.
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