[發明專利]晶界應力集中因子計算方法、設備、介質和程序

在審

• 申請號: 202310315186.9
• 申請日: 2023-03-28
• 公開（公告）號: CN116205112A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 徐敬;管博;劉秋香;馮波;馮曉偉;劉文政;余貴全;鄒晉;胡強
• 申請（專利權）人: 江西省科學院應用物理研究所;廣東省科學院新材料研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G16C60/00;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 南昌金軒知識產權代理有限公司 36129
• 代理人: 楊麗

本發明公開了一種晶界應力集中因子計算方法、設備、介質和程序，方法應用于一晶界應力集中因子計算裝置，方法包括：基于材料的晶粒尺寸和晶粒取向信息，建立有限元模型；通過晶體塑性有限元模型擬合材料的應力?應變曲線，確定材料在室溫下的變形模式臨界啟動應力值和硬化參數；基于有限元模型、變形模式臨界啟動應力值和硬化參數，獲得有限元模型中各晶粒對滑移系或孿生系上的分切應力；基于晶界不同位置的分切應力擬合Eshelby模型，獲得晶界應力集中因子。本申請要求低、計算難度低，能準確計算材料各晶界的應力集中因子，能定量評估材料內部各晶界阻礙變形傳遞及裂紋萌生能力，為材料服役性能評價提供判據。

技術領域

本發明涉及高性能材料晶界應力集中因子計算領域，尤其涉及一種晶界應力集中因子計算方法、設備、介質和程序。

背景技術

晶界作為多晶體固有的微觀結構，廣泛存在于金屬材料中，對材料的力學、腐蝕和冶金等性能都具有重要影響。晶界能有效阻礙位錯移動，位錯在晶界處塞積會誘導局部應力集中的形成。

材料微觀塑性變形及宏觀力學性能均與晶界應力集中有關，包括呂德斯帶的形成、變形孿晶的形成及傳遞、細晶強化效應、疲勞裂紋的萌生及擴展等。因此，定量分析晶界應力分布能為深入理解各種塑性變形行為、斷裂機理及調控宏觀力學性能提供判據。

本申請發明人在實現本申請實施例技術方案的過程中，至少發現現有技術中存在如下技術問題：

傳統基于EBSD數據分析方法獲取晶界附近應力分布的方法是通過對比晶粒內未變形區域的衍射花樣和變形區域內的衍射花樣來確定晶格應變。這一過程依賴于高分辨率、高質量的衍射花樣。因此，要求高質量的試樣表面，以及非常高的電子劑量，導致分析速度很慢、數據采集量大，且不適用與變形量較大的樣品。所以，通過EBSD獲取晶界附近的應力集中因子存在樣品制備困難、數據采集量大等缺點。此外，此方法只能獲取樣品表面的應力分布狀態，難以分析材料內部的變形信息。

綜上，現有技術存在應力集中因子計算方法難度大，要求高且無法分析材料內部的變形信息的技術問題。

發明內容

本申請實施例提供一種晶界應力集中因子計算方法、設備、介質和程序，解決了現有技術存在的應力集中因子計算方法難度大，要求高且無法分析材料內部的變形信息的技術問題。

本申請實施例一方面提供了一種晶界應力集中因子計算方法，應用于一晶界應力集中因子計算裝置，所述方法包括：基于材料的晶粒尺寸和晶粒取向信息，建立有限元模型；通過晶體塑性有限元模型擬合材料的應力-應變曲線，確定所述材料在室溫下的變形模式臨界啟動應力值和硬化參數；基于所述有限元模型、所述變形模式臨界啟動應力值和所述硬化參數，獲得所述有限元模型中各晶粒對滑移系或孿生系上的分切應力；基于晶界不同位置的分切應力擬合Eshelby模型，獲得晶界應力集中因子。

可選的，所述基于材料的晶粒尺寸和晶粒取向信息，建立有限元模型，具體為：基于材料的晶粒尺寸和至少800個的晶粒取向信息，建立有限元模型，所述有限元模型包含的網格數大于9000個，增量步需小于0.001。

可選的，在所述基于材料的晶粒尺寸和晶粒取向信息，建立有限元模型之前，所述方法還包括：對所述材料進行物理打磨至表面光滑；對所述材料進行光化學拋光處理。

可選的，所述通過晶體塑性有限元模型擬合材料的應力-應變曲線，確定所述材料在室溫下的變形模式臨界啟動應力值和硬化參數，具體為：采用周期性邊界條件約束模型，通過晶體塑性有限元模型擬合材料的應力-應變曲線，確定所述材料在室溫下的變形模式臨界啟動應力值和硬化參數。