[發明專利]晶體材料零件三維晶體塑性有限元建模方法及系統

有效

• 申請號: 202110332428.6
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN112989667B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 宋清華;冀寒松;蔡文通;趙有樂;劉戰強;穆尼斯·庫爾瑪·古普塔
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

本發明公開了晶體材料零件三維晶體塑性有限元建模方法及系統，獲取真實晶體材料零件的數據，根據獲取數據得到分布規律；通過獲取的晶粒尺寸數據分布規律，為晶體材料零件模型的最小定向包圍盒生成晶粒尺寸數據；生成最小定向包圍盒的晶粒尺度模型；對晶粒尺度模型去冗余，得到晶體材料零件的三維偽隨機晶粒尺度微結構；通過獲取的晶粒取向數據分布規律和晶界取向差數據分布規律，迭代地為三維偽隨機晶粒尺度微結構中的每一個晶粒賦予取向；通過得到的晶體材料零件的三維偽隨機晶粒尺度微結構以及晶粒的取向數據，構建晶體材料零件的晶體塑性有限元模型；實現晶體塑性有限元仿真。本發明可以用于力學性能仿真和服役仿真。

技術領域

本發明涉及有限元模型建模技術領域，特別是涉及晶體材料零件三維晶體塑性有限元建模方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提到了與本發明相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

現有晶體材料零件晶體塑性有限元建模技術存在兩個主要問題：

現有的晶粒尺度微結構建模方法主要包括EBSD分層切片法和Voronoi隨機生成法，兩種方法均存在不足，voronoi隨機生成法利用三角剖分技術隨機創建晶粒尺度微結構模型，這種方法對材料的真實晶粒尺度微結構信息考慮不足，與實際情況相差較大；而EBSD分層切片法需要對材料進行逐層切片與檢測，再將切片數據拼合起來，這種方法需要耗費大量的成本(每一層都需要進行制樣和EBSD測試，且由于晶粒尺寸一般在微米級，為保證數據準確性，在減薄過程中需要注意切片的厚度要遠小于晶粒的尺寸，因此減薄過程復雜繁瑣；另外樣品在厚度方向的尺寸往往在mm級，因此分層的數量是非常龐大的)；而且，由于晶體材料微結構的不均勻性，且EBSD檢測區域通常很小(幾mm甚至更小)，難以代表材料微結構的整體情況，導致模型與零件的實際微結構仍然具有一定差異。

由于晶體材料的力學性能嚴重依賴于其實際晶粒尺度微結構，而晶粒尺寸的各向異性和晶粒取向的多樣性與微織構特性導致晶體材料的力學性能具有各向異性，從而導致零件力學性能的各向異性，尤其是當零件尺寸較小或晶粒尺寸較大時，零件某些特征僅由少數幾個晶粒構成，在毛坯材料塊中的姿態，決定了其內部的晶粒取向與尺寸情況，進而決定了它的力學性能和服役性能，然而，目前尚未發現考慮零件幾何要素(外形、在毛坯材料中的姿態)進行晶體材料零件晶粒尺度微結構建模的技術。

發明內容

針對現有技術中未充分考慮材料的實際微結構和零件幾何要素，導致所建立的晶體材料零件晶粒尺度微結構模型與實際情況差異較大，晶體塑性有限元仿真結果不準確的問題，本發明提出一種結合真實微結構和零件幾何要素的晶體材料零件三維晶體塑性有限元建模方法，能夠充分考慮材料的三維晶粒尺度微結構統計信息和零件的幾何要素，建立高質量的晶體塑性有限元仿真模型，從而大幅提高仿真精度。

第一方面，本發明提供了晶體材料零件三維晶體塑性有限元建模方法；

晶體材料零件三維晶體塑性有限元建模方法，包括：

獲取的數據包括真實晶體材料零件的晶粒尺寸數據、取向數據和晶界的取向差數據，并根據所獲取的數據分別繪制出分布曲線，得到晶粒尺寸數據的分布規律、取向數據的分布規律和晶界的取向差數據的分布規律；

通過獲取的晶粒尺寸數據分布規律，迭代地為晶體材料零件模型的最小定向包圍盒生成晶粒尺寸數據；通過最小定向包圍盒的幾何尺寸和生成的晶粒尺寸數據，計算出每個晶粒的種子點坐標；基于每個晶粒的種子點坐標，生成最小定向包圍盒的晶粒尺度模型；對最小定向包圍盒的晶粒尺度模型去冗余，得到晶體材料零件的三維偽隨機晶粒尺度微結構；

通過獲取的晶粒取向數據分布規律和晶界取向差數據分布規律，迭代地為晶體材料零件模型的三維偽隨機晶粒尺度微結構中的每一個晶粒賦予取向；

通過得到的晶體材料零件的三維偽隨機晶粒尺度微結構以及晶粒的取向數據，構建晶體材料零件的晶體塑性有限元模型；實現晶體塑性有限元模型的有限元仿真；