【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于但不限于材料科學(xué)和工程領(lǐng)域，尤其涉及一種基于真實(shí)微觀組織的宏-微觀多尺度模型全自動(dòng)建模方法與系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、在材料科學(xué)和工程領(lǐng)域中，晶粒結(jié)構(gòu)對(duì)材料的宏觀力學(xué)性能具有至關(guān)重要的影響。特別是在金屬材料中，晶粒的尺寸、形態(tài)和取向直接影響材料的強(qiáng)度、延展性、硬度和抗疲勞性能。因此，研究晶粒在不同條件下的演變規(guī)律，尤其是在復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng)下的取向變化及其對(duì)材料宏觀性能的影響，是材料科學(xué)中的重要研究課題。
2、目前，電子背散射衍射(ebsd)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于材料的微觀組織表征。ebsd能夠提供晶粒的取向、晶界、相信息等細(xì)致的微觀結(jié)構(gòu)信息，使研究人員可以深入理解材料的微觀組織與宏觀力學(xué)性能之間的關(guān)系。然而，ebsd技術(shù)通常只提供靜態(tài)的晶粒信息，無(wú)法直接捕捉晶粒在動(dòng)態(tài)加載過(guò)程中的演變。為了彌補(bǔ)這一不足，有限元法(fem)被廣泛用于模擬和預(yù)測(cè)材料在加載過(guò)程中的變形行為。通過(guò)將ebsd實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與有限元仿真相結(jié)合，研究人員可以更加精確地描述材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的晶粒旋轉(zhuǎn)和變形行為。
3、盡管將ebsd數(shù)據(jù)與有限元仿真相結(jié)合的方法在材料研究中取得了一定進(jìn)展，但現(xiàn)有技術(shù)仍然存在一定的局限性。在宏觀-微觀多尺度分析中，現(xiàn)有技術(shù)難以有效建立兩者間的精準(zhǔn)關(guān)聯(lián)。傳統(tǒng)的有限元方法往往側(cè)重于宏觀尺度的材料響應(yīng)，忽視了微觀晶粒結(jié)構(gòu)在應(yīng)力狀態(tài)下的演化。而ebsd技術(shù)雖然能夠詳細(xì)表征微觀結(jié)構(gòu)，但在與宏觀性能關(guān)聯(lián)時(shí)缺乏實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新能力。這導(dǎo)致在復(fù)雜加載條件下，微觀結(jié)構(gòu)對(duì)材料宏觀力學(xué)性能的影響未能得到充分的考慮，限制了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和
4、綜上所述，建立精確的多尺度模型在材料科學(xué)和工程領(lǐng)域中具有極為重要的意義。通過(guò)將ebsd數(shù)據(jù)與有限元仿真相結(jié)合，不僅能夠在微觀層面對(duì)晶粒取向、晶界演化等結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行深入分析，還可以將這些微觀信息傳遞至宏觀尺度，以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)材料的整體力學(xué)性能。因此，開(kāi)發(fā)能夠有效結(jié)合宏觀和微觀尺度的動(dòng)態(tài)模型，對(duì)于提升材料行為預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性至關(guān)重要。這不僅有助于推動(dòng)材料科學(xué)的發(fā)展，也為工程應(yīng)用中材料性能的優(yōu)化提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本專利技術(shù)提供了一種基于真實(shí)微觀組織的宏-微觀多尺度模型全自動(dòng)建模方法與系統(tǒng)。
2、本專利技術(shù)是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于真實(shí)微觀組織的宏-微觀多尺度模型全自動(dòng)建模方法，該方法包括：
3、s1：通過(guò)matlab調(diào)用uifigure、uilabel等基礎(chǔ)控件，使用selectionchangedfcn和sizechangedfcn實(shí)現(xiàn)多尺度建模系統(tǒng)的響應(yīng)式交互，構(gòu)建宏-微觀多尺度模型建模系統(tǒng)的使用界面；
4、s2：在s1中的界面中選擇相應(yīng)的宏觀模型及其對(duì)應(yīng)的邊界條件，采用matlab寫入創(chuàng)建abaqus初始模型實(shí)體的py文件；同時(shí)，完成創(chuàng)建裝備體、建立分析步、創(chuàng)建參考點(diǎn)、建立參考點(diǎn)耦合約束、添加固定約束、添加載荷約束等與對(duì)應(yīng)的邊界條件的設(shè)置；
5、s3：通過(guò)matlab讀取ebsd獲取的真實(shí)微觀組織的數(shù)據(jù)，自動(dòng)獲取ebsd實(shí)驗(yàn)掃描區(qū)域的長(zhǎng)、寬以及掃描步長(zhǎng)，并在初始宏觀模型中需要新增微觀模型的區(qū)域劃分出與ebsd掃描區(qū)域相同的長(zhǎng)和寬的面域，并記錄面域的初始頂點(diǎn)坐標(biāo)；接著，對(duì)初始宏觀模型進(jìn)行粗網(wǎng)格劃分，對(duì)微觀模型區(qū)域按ebsd實(shí)驗(yàn)掃描步長(zhǎng)的尺寸進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并生成inp文件；
6、s4：采用matlab調(diào)用metx工具箱導(dǎo)入ebsd數(shù)據(jù)，在matlab工作區(qū)創(chuàng)建ebsd數(shù)據(jù)集；
7、s5：采用晶粒分割、置信指數(shù)過(guò)濾、小晶粒過(guò)濾等方法對(duì)ebsd數(shù)據(jù)建立晶粒集合、刪除極小尺寸的晶粒，對(duì)ebsd數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪，提高ebsd數(shù)據(jù)的質(zhì)量；
8、s6：提取降噪后的ebsd數(shù)據(jù)，繪制降噪后的晶粒分布圖，并與ebsd數(shù)據(jù)的晶粒分布圖進(jìn)行比；
9、s7：通過(guò)matlab讀取初始模型的每個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)和單元數(shù)據(jù)；根據(jù)每個(gè)晶粒的位置(x、y坐標(biāo))、每個(gè)晶粒所占的像素值，生成abaqus中每個(gè)晶粒的節(jié)點(diǎn)和單元集合的數(shù)據(jù)文件；接著，將生成的數(shù)據(jù)文件與s3中所記錄面域的初始頂點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)齊，寫入初始模型的inp文件中，生成同時(shí)含微觀晶粒組織模型和宏觀模型的多尺度晶體塑性有限元模型的inp文件；
10、s8：將晶粒歐拉角轉(zhuǎn)換為弧度值，使用matlab輸出賦予每個(gè)晶粒材料屬性以及宏觀模型材料屬性的python文件；
11、s9：通過(guò)matlab調(diào)用abaqus執(zhí)行材料屬性賦予的python文件，對(duì)每個(gè)晶粒及宏觀模型同時(shí)賦予材料屬性，并生成最終的宏-微觀多尺度晶體塑性有限元模型inp文件；
12、s10：通過(guò)matlab調(diào)用abaqus運(yùn)行最終生成的inp文件，并調(diào)用晶體塑性有限元模擬的子程序，輸出最終生成的晶體塑性有限元模型中每個(gè)晶粒的取向信息，調(diào)用metx繪制最終輸出的每個(gè)晶粒的極圖；同時(shí)，通過(guò)matlab調(diào)用metx工具箱繪制原始ebsd數(shù)據(jù)的極圖以及降噪處理后晶粒集合的極圖，對(duì)比模型最終輸出的極圖與初始極圖、降噪后的極圖的一致性；
13、s11：通過(guò)matlab寫入提取晶體塑性有限元模擬應(yīng)力應(yīng)變曲線的python文件，通過(guò)matlab調(diào)用abaqus執(zhí)行python文件，獲取宏-微觀多尺度晶體塑性有限元模擬的應(yīng)力應(yīng)變曲線并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。
14、進(jìn)一步，所述s2中初始模型實(shí)體包括常用于實(shí)驗(yàn)測(cè)試的拉伸模型、裂紋擴(kuò)展模型、沖擊韌性模型等宏觀標(biāo)準(zhǔn)模型；所述s4中數(shù)據(jù)集包含晶粒類型，晶粒id，晶粒取向，相序列，晶粒旋轉(zhuǎn)等重要信息。
15、進(jìn)一步，所述s5中晶粒分割、置信指數(shù)過(guò)濾、小晶粒過(guò)濾公式為：
16、
17、其中，晶粒旋轉(zhuǎn)表示為r1和r2，δθ是兩點(diǎn)之間的取向角度差。如果δθ>angle，則這兩個(gè)點(diǎn)被視為屬于不同的晶粒；
18、
19、對(duì)于每個(gè)測(cè)量點(diǎn)i，其置信指數(shù)為cii；
20、
21、其中，g為每個(gè)晶粒，size(g)為每個(gè)晶粒的大小。
22、進(jìn)一步，所述s6中ebsd數(shù)據(jù)，包括每個(gè)晶粒的晶粒編號(hào)、等效直徑、晶粒取向歐拉角、晶粒像素點(diǎn)坐標(biāo)、晶粒集合等數(shù)據(jù)。
23、進(jìn)一步，所述s8中宏觀模型材料屬性賦予代碼的包含自動(dòng)讀取晶粒歐拉角弧度值、弧度值轉(zhuǎn)換為米勒指數(shù)、賦予晶粒尺寸效應(yīng)、宏觀模型工程應(yīng)力應(yīng)變轉(zhuǎn)換為真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變四個(gè)部分。
24、進(jìn)一步，所述弧度值轉(zhuǎn)換為米勒指數(shù)、晶粒尺寸效應(yīng)、工程應(yīng)力應(yīng)變轉(zhuǎn)換為真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變公式的分別為：
25、
26、τi＝τ0+kd-0.5(i＝1,2,3…)
27、σt＝σe(1+εe)
28、εt＝ln(1+εe)
29、其中，θ為章動(dòng)角，ψ為旋進(jìn)角，φ為自轉(zhuǎn)角；u，v，w為晶向指數(shù)；h，k，l為晶面指數(shù)；i為晶粒的編號(hào)，τ0為晶粒的初始屈服強(qiáng)度，k為反應(yīng)晶界對(duì)變形的影響系數(shù)，d晶粒的等本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于真實(shí)微觀組織的宏-微觀多尺度模型全自動(dòng)建模方法，其特征在于，該方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于真實(shí)微觀組織的宏-微觀多尺度模型全自動(dòng)建模方法，其特征在于，所述S2中初始模型實(shí)體包括常用于實(shí)驗(yàn)測(cè)試的拉伸模型、裂紋擴(kuò)展模型、沖擊韌性模型等宏觀標(biāo)準(zhǔn)模型；所述S4中數(shù)據(jù)集包含晶粒類型，晶粒ID，晶粒取向，相序列，晶粒旋轉(zhuǎn)等重要信息。
3.如權(quán)利要求1所述基于真實(shí)微觀組織的宏-微觀多尺度模型全自動(dòng)建模方法，其特征在于，所述S5中晶粒分割、置信指數(shù)過(guò)濾、小晶粒過(guò)濾公式為：
4.如權(quán)利要求1所述基于真實(shí)微觀組織的宏-微觀多尺度模型全自動(dòng)建模方法，其特征在于，所述S6中EBSD數(shù)據(jù)，包括每個(gè)晶粒的晶粒編號(hào)、等效直徑、晶粒取向歐拉角、晶粒像素點(diǎn)坐標(biāo)、晶粒集合等數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求1所述基于真實(shí)微觀組織的宏-微觀多尺度模型全自動(dòng)建模方法，其特征在于，所述S8中宏觀模型材料屬性賦予代碼的包含自動(dòng)讀取晶粒歐拉角弧度值、弧度值轉(zhuǎn)換為米勒指數(shù)、賦予晶粒尺寸效應(yīng)、宏觀模型工程應(yīng)力應(yīng)變轉(zhuǎn)換為真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變四個(gè)部分。
6.如權(quán)利要求5所
7.一種基于如權(quán)利要求1-6所述基于真實(shí)微觀組織的宏-微觀多尺度模型全自動(dòng)建模方法的基于真實(shí)微觀組織的宏-微觀多尺度模型全自動(dòng)建模系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)具體包括：
8.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)設(shè)備包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述處理器執(zhí)行如權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述基于真實(shí)微觀組織的宏-微觀多尺度模型全自動(dòng)建模方法的步驟。
9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述處理器執(zhí)行如權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述基于真實(shí)微觀組織的宏-微觀多尺度模型全自動(dòng)建模方法的步驟。
10.一種信息數(shù)據(jù)處理終端，其特征在于，所述信息數(shù)據(jù)處理終端用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求7所述基于真實(shí)微觀組織的宏-微觀多尺度模型全自動(dòng)建模系統(tǒng)。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于真實(shí)微觀組織的宏-微觀多尺度模型全自動(dòng)建模方法，其特征在于，該方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于真實(shí)微觀組織的宏-微觀多尺度模型全自動(dòng)建模方法，其特征在于，所述s2中初始模型實(shí)體包括常用于實(shí)驗(yàn)測(cè)試的拉伸模型、裂紋擴(kuò)展模型、沖擊韌性模型等宏觀標(biāo)準(zhǔn)模型；所述s4中數(shù)據(jù)集包含晶粒類型，晶粒id，晶粒取向，相序列，晶粒旋轉(zhuǎn)等重要信息。
3.如權(quán)利要求1所述基于真實(shí)微觀組織的宏-微觀多尺度模型全自動(dòng)建模方法，其特征在于，所述s5中晶粒分割、置信指數(shù)過(guò)濾、小晶粒過(guò)濾公式為：
4.如權(quán)利要求1所述基于真實(shí)微觀組織的宏-微觀多尺度模型全自動(dòng)建模方法，其特征在于，所述s6中ebsd數(shù)據(jù)，包括每個(gè)晶粒的晶粒編號(hào)、等效直徑、晶粒取向歐拉角、晶粒像素點(diǎn)坐標(biāo)、晶粒集合等數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求1所述基于真實(shí)微觀組織的宏-微觀多尺度模型全自動(dòng)建模方法，其特征在于，所述s8中宏觀模型材料屬性賦予代碼的包含自動(dòng)讀取晶粒歐拉角弧度值、弧度值轉(zhuǎn)換為米勒指數(shù)、賦予晶粒尺寸效應(yīng)、宏觀模型工程應(yīng)力應(yīng)變轉(zhuǎn)換為真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變四個(gè)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：耿韶寧，周宸宇，宋敏杰，仇越，舒樂(lè)時(shí)，許博安，王逸麟，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華中科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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