[發(fā)明專利]一種金屬材料二維晶粒組織圖的生成方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201911002180.6
• 申請日: 2019-10-21
• 公開（公告）號: CN111008453A
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬振武;曹自洋;殷振
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州科技大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17
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本發(fā)明公開了一種金屬材料二維晶粒組織圖的生成方法，以解決現(xiàn)有方法生成金屬材料晶粒組織圖時逼真度低的問題。該方法包括以下步驟：步驟一、基于Matlab軟件生成Voronoi圖形；步驟二、獲取Voronoi圖形直徑變異系數(shù)與控制因子的關(guān)系；步驟三、生成控制因子與Voronoi圖形直徑變異系數(shù)的關(guān)系圖；步驟四、獲取生成材料Voronoi圖形所需的控制因子取值；步驟五、生成材料的二維晶粒組織圖。本發(fā)明利用控制因子作為交換中樞，依據(jù)金屬材料的真實晶粒組織生成其虛擬晶粒組織，提高了所生成虛擬晶粒組織的逼真度，有利于提高微成形中材料變形行為離散特性的分析精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料微觀組織表征領(lǐng)域，具體涉及一種金屬材料二維晶粒組織圖的生成方法。

背景技術(shù)

航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域不可逆轉(zhuǎn)的微型化發(fā)展趨勢對制造技術(shù)提出了苛刻的微型化要求。微成形技術(shù)因具有高效、低耗、質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢而獲得了廣泛關(guān)注，但是尺寸效應(yīng)的出現(xiàn)使得現(xiàn)有的金屬塑性成形理論不能直接應(yīng)用到微成形材料變形行為的分析上。

隨著微成形零件的幾何尺寸持續(xù)減小到與其晶粒組織尺寸處于同一個數(shù)量級時，材料內(nèi)部個體晶粒形狀的異質(zhì)性影響劇烈增強，材料各成形區(qū)域微觀組織的不均勻性增大，導(dǎo)致材料行為離散性增大。現(xiàn)有成形理論是基于材料的各向同性建立的，不能分析微成形中材料行為的離散特性。此外，現(xiàn)有微成形材料行為分析方法多將晶粒形狀假定為正四邊形或正六邊形，這不能描述由晶粒形狀異質(zhì)性引起的材料行為離散特性。Voronoi圖形與晶粒形狀具有較高的相似性而獲得了廣泛關(guān)注，但是目前未建立起Voronoi圖形與材料真實晶粒組織間的定量表征關(guān)系，導(dǎo)致所生成的材料虛擬晶粒組織的逼真度較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種金屬材料二維晶粒組織圖的生成方法，以有效提高所生成材料二維晶粒組織圖的逼真度。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的一種金屬材料二維晶粒組織圖的生成方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、基于Matlab軟件生成Voronoi圖形：

(1)以邊長為a的小正方形為基本圖形單元，生成長度為L=N_L×a，寬度為W=N_W×a的大矩形；

(2)設(shè)小正方形中心點的坐標為（x,y），在每個小正方形內(nèi)隨機排布一個種子點，并在對角頂點為（x-,y-）和（x+，y+）的控制圖形內(nèi)對種子點的位置分布進行干預(yù)性控制，其中為控制因子；

(3)取隨機數(shù)和，其中（,），將種子點在控制圖形內(nèi)的坐標表示為：( , y+(2-1))；

(4)按照1-3所述的算法，控制因子在0~15范圍內(nèi)取不同的值，在長為L、寬為W的區(qū)域內(nèi)生成Voronoi圖形；

步驟二、獲取Voronoi圖形直徑變異系數(shù)與控制因子的關(guān)系：

(1)提取生成Voronoi圖形的拓撲信息，并以DXF文件格式輸出到autoCAD；

(2)測量Voronoi圖形的平均直徑并計算其標準差；

(3)按如下公式計算Voronoi圖形直徑的變異系數(shù)C.V()：

C.V()=

式中：為控制因子條件下的Voronoi圖形的平均直徑，為控制因子條件下Voronoi圖形平均直徑標準差；

步驟三、生成控制因子與Voronoi圖形直徑變異系數(shù)的關(guān)系圖：

（1） 控制因子在0~1范圍內(nèi)間隔0.1取值，重復(fù)步驟一、步驟二的過程，獲取相應(yīng)的Voronoi圖形直徑變異系數(shù)C.V()；