[發明專利]網狀增強金屬基復合材料的數值模擬方法

在審

• 申請號: 202010626092.X
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111931397A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 張瑞;崔傳勇;周亦胄;孫曉峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 北京煦潤律師事務所 11522
• 代理人: 劉栩;梁永芳

本申請提供一種網狀增強金屬基復合材料的數值模擬方法，包括如下步驟：步驟(1)：獲取網狀增強金屬基復合材料和網狀增強金屬基復合材料基體材料的材料參數；步驟(2)：對網狀增強的金屬基復合材料制成的構件進行宏觀工況模擬；步驟(3)：采用Voronoi鑲嵌法構建網狀增強的金屬基復合材料的增強相呈空間三維網狀分布的微觀組織的幾何模型；步驟(4)：根據步驟(2)中宏觀工況模擬的后處理結果、網狀增強金屬基復合材料的基體材料和增強相，進行微觀模擬組織演變。根據本申請的網狀增強金屬基復合材料的數值模擬方法，能有效地預測網狀增強金屬基復合材料變形過程中微觀組織演變和承力加載過程中材料的安全性。

技術領域

本申請屬于合金制備技術領域，具體涉及一種網狀增強金屬基復合材料的數值模擬方法。

背景技術

目前,隨著科技的進步，對裝備的性能要求越來越高，同時推動了支撐裝備的關鍵材料的研發與應用，其中金屬基復合材料具有優異的比強度、比剛度、抗氧化性能、耐磨性和抗蠕變性能，所以應用范圍廣泛。同時，金屬基復合材料具有傳統材料無法比擬的可設計性，可以通過改變基體合金種類、顆粒尺寸，以及增強相種類、形狀、體積分數和分布得到制備和服役性能兼備的復合材料。雖然金屬基復合材料具有優異的性能，但是新材料從研發到應用，完全通過實驗試制的方法不僅流程繁瑣、周期長，而且需要高昂的費用，從而阻礙和金屬基復合材料的發展與應用。隨著計算科學的快速發展，有限元數值模擬技術大大縮短了新材料的研發周期，降低了生產成本，并且能預測構件的安全性能。傳統的金屬基復合材料的燒結制備、熱變形、服役工況等方面都成功運用了數值模擬技術，并且技術已經相當成熟。

但是，網狀增強金屬基復合材料是一種近十年來剛剛研發出的新材料，該類材料顛覆了傳統金屬基復合材料中增強相彌散均勻分布的理念，使增強相呈空間網狀分布，增強相空間網狀分布形式復合剛度理論上限值，增強相增強效果最優化，伴隨著性能的改善，材料的微觀結構更加復雜。

因此，如何提供一種能夠有效地預測網狀增強金屬基復合材料變形過程中微觀組織演變和承力加載過程中材料的安全性，減低新材料的研發成本，縮短新材料的制備周期，提高新材料的使用安全性的網狀增強金屬基復合材料的數值模擬方法成為本領域技術人員急需解決的問題。

發明內容

因此，本申請要解決的技術問題在于提供一種網狀增強金屬基復合材料的數值模擬方法，能夠有效地預測網狀增強金屬基復合材料變形過程中微觀組織演變和承力加載過程中材料的安全性，減低新材料的研發成本，縮短新材料的制備周期，提高新材料的使用安全性。

為了解決上述問題，本申請提供一種網狀增強金屬基復合材料的數值模擬方法，包括如下步驟：

步驟(1)：獲取網狀增強金屬基復合材料和網狀增強金屬基復合材料基體材料的材料參數；

步驟(2)：對網狀增強的金屬基復合材料制成的構件進行宏觀工況模擬；

步驟(3)：采用Voronoi鑲嵌法構建網狀增強的金屬基復合材料的增強相呈空間三維網狀分布的微觀組織的幾何模型；

步驟(4)：根據步驟(2)中宏觀工況模擬的后處理結果、網狀增強金屬基復合材料的基體材料和增強相，進行微觀模擬組織演變。

優選地，基體材料為鈦合金、鋁合金、鐵合金、鎳合金和鈷合金中的任一種；

和/或，材料參數為力學性能；

和/或，步驟(2)中，采用有限元軟件進行宏觀工況模擬；

和/或，步驟(4)中，進行微觀模擬組織演變中采用的軟件為ABAQUS數值模擬軟件。

優選地，有限元軟件為材料加工數值模擬軟件；

和/或，步驟(4)中，將幾何模型、材料屬性以及邊界條件通過INP文件導入ABAQUS數值模擬軟件中。