本发明专利技术公开了一种α钛变形过程介观应力和织构的半定量预测及可视化方法，属于材料塑性变形技术领域。本发明专利技术解决了现有仿真手段或实验方法难以获取介观应力的难题，避免了介观应力的实验表征对设备的高要求以及高成本问题。本申请以代表体积元RVE为载体建立晶体塑性模型，将EBSD表征或XRD测量获得织构导入代表体积元RVE，代表体积元RVE由钛合金α相组成，包含了原始实验材料的织构信息，随后进行的晶体塑性仿真考虑了α钛合金的滑移和孪生变形行为，可以获得并可视化材料在多种外载荷作用下的介观应力、织构演化信息，对于研究α钛合金变形过程的介观应力演化以及介观应力诱发裂纹的萌生和扩展问题至关重要。诱发裂纹的萌生和扩展问题至关重要。诱发裂纹的萌生和扩展问题至关重要。
【技术实现步骤摘要】
α
钛变形过程介观应力和织构的半定量预测及可视化方法
[0001]本专利技术涉及一种α钛变形过程介观应力和织构的半定量预测及可视化方法，属于材料塑性变形
技术介绍
[0002]钛合金由于具有密度低、比强度高、高温性能和耐腐蚀性能优异等特点在航空航天领域有广阔的应用前景。其中，主要由α相组成的α钛和近α钛合金韧性好，屈服应力高。然而密排六方(HCP)结构往往造成的大量晶粒尺度上的塑性流变不均匀性，塑性流变不均匀性进而造成材料介观(晶粒尺度)应力场的不均匀性，而研究α钛合金构件在受外载荷作用发生变形过程的介观应力对于分析裂纹的萌生和疲劳寿命至关重要。有限元方法忽略了材料的晶体结构、晶粒取向和尺寸等因素的影响，难以对材料在外载荷作用下的介观应力进行预测；而常规的(非原位)实验技术由于难以对变形前后的同一区域进行针对性研究，因此在介观应力的研究上也不够准确；使用X射线微衍射、电子背散射衍射技术(EBSD)和晶体塑性有限元CPFE等联合实验
‑
仿真技术可以用于分析构件局部位置的介观应力，然而上述方法往往仅适用于小试样，且需要针对特定载荷作用的构件进行逐一分析，应力分析成本较高。因此，提供一种基于代表体积元的α钛合金变形过程介观应力和织构的半定量预测及可视化方法是十分必要的。
技术实现思路
[0003]本专利技术为了解决现有实验技术(X射线微衍射、电子背散射衍射技术等)对α钛合金介观应力实验测量成本高，材料内部介观应力难以测量、且难以实现α钛合金变形过程织构演化的可视化等问题，提供一种基于代表体积元的α
‑
Ti合金变形过程介观应力和织构的半定量预测及可视化方法。
[0004]本专利技术的技术方案：
[0005]一种α钛变形过程介观应力和织构的半定量预测及可视化方法，该方法包括以下步骤：
[0006]步骤1，基于α钛合金材料的微观结构，建立包含材料织构的代表体积元模型RVE；
[0007]步骤2，α钛合金材料在外载荷作用下发生塑性变形，随后通过电子背散射衍射技术EBSD表征α钛合金材料的微观变形组织，确定α钛合金材料的介观变形行为，建立α钛合金材料在特定加载荷形式下的晶体塑性模型，并初步确定晶体塑性材料参数；
[0008]步骤3，以α钛合金材料的宏观力学曲线和α钛合金材料织构演化结果为标的，用开源软件DAMASK谱方法对步骤2获得的晶体塑性模型进行多次试算，并修正晶体塑性材料参数；
[0009]步骤4，基于修正的模型及晶体塑性参数，用开源软件DAMASK谱方法计算获得α钛合金材料在外载荷作用下介观应力和织构的半定量预测结果；
[0010]步骤5，采用python程序辅助开源软件MTEX对介观应力和织构的半定量预测结果
进行可视化。
[0011]进一步限定，步骤1的中代表体积元模型RVE建立的具体方法为：将α钛合金材料多层的EBSD数据3D EBSD导入DREAM 3D软件，建立三维代表体积元RVE。
[0012]进一步限定，步骤1的中代表体积元模型RVE建立的方法为：基于α钛合金材料的XRD或EBSD测量的织构，使用python程序辅助开源软件DAMASK前处理工具建立包含材料织构的代表体积元RVE。
[0013]进一步限定，步骤1的中代表体积元模型RVE建立的具体方法为：
[0014](1)将α钛合金材料通过XRD方法获得的织构数据通过python程序转换为格式1的文本数据；所述的织构数据包含欧拉角数据及相应的权重；
[0015](2)修改格式1的文本数据的文件头和文件类型以适用于DAMASK公开的hybrid IA前处理程序，经处理后得到与代表体积元所含晶粒数量一致的织构数据；
[0016](3)将步骤(2)获得的织构数据替换代表体积元RVE的原始织构，获得包含XRD测量织构的代表体积元RVE。
[0017]进一步限定，步骤2中α钛合金材料的外载荷形式包括单轴拉伸、单轴压缩、双轴拉伸、双轴压缩或简单剪切。
[0018]进一步限定，步骤2建立α钛合金材料在特定加载形式下的晶体塑性模型的具体方法为：
[0019]A、针对不同的变形温度水平，通过查询获得α钛合金材料的各向异性弹性材料参数；
[0020]B、对α钛合金材料的微观变形组织进行EBSD表征，确定材料活动滑移系、孪晶系的类型和数量；根据α钛合金材料的密排六方HCP相基面滑移系与柱面滑移系的比例关系，初步猜定晶体塑性模型相应的滑移系和孪晶系的临界分切应力CRSS；
[0021]C、滑移系统的剪切速率的演化关系为：
[0022][0023]其中，为孪晶体积分数，为滑移系统的初始剪切速率，τ
α
为滑移系的分切应力，ξ
α
为其临界值；
[0024]孪晶系统的剪切速率的演化关系为：
[0025][0026]其中，为孪晶体积分数，为HEAVISIDE函数；可以表示为：
[0027][0028]其中，γ
β
为孪晶系的剪切量，为孪晶系的特征剪切量；
[0029]D、滑移系统的阻力演化关系为：
[0030][0031]孪晶系统的阻力演化关系为：
[0032][0033]其中，α是滑移系统的标志，β是孪生系统的标志；其中，和分别为为滑移、孪生系统阻力的变化率，ξ
∞
是阻力的边界值，c1～c4是所需拟合的模型硬化参数。
[0034]进一步限定，步骤3的具体修正方法为：
[0035]根据步骤2获得的晶体塑性模型和相应的晶体塑性材料参数计算得到的宏观真应力
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真应力曲线和α钛合金材料受外载荷作用前后的织构变化；根据实验测试得到的真应力
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真应力曲线的屈服点、流动及硬化行为，适当调整晶体塑性材料参数，使得包含材料织构的代表体积元模型RVE模型在发生变形后，其宏观应力
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应变曲线和织构演化结果与实验结果一致。
[0036]进一步限定，步骤4的具体操作过程为：
[0037]使用开源软件DAMASK谱方法作为α钛合金材料在特定载荷作用下晶体塑性模型的求解器，根据外载荷的形式修改DAMASK框架的载荷定义文件，计算结果半定量显示了合计材料在外载荷作用下介观尺度上应力分布。
[0038]进一步限定，步骤5的具体操作过程为：
[0039]a、通过开源软件DAMASK后处理工具postResults及addOrientation命令在计算结果的ASCII表中加入欧拉角数据；
[0040]b、通过python程序处理ASCII表获得每个像素的位置和对应的欧拉角数据的中间文件；
[0041]c、通过开源软件MTEX加载并处理上述中间文件，并通过处理代表性体积元RVE的位置和相应的欧拉角数据，将其以极图、反极图和取向分布函数图的形式显示，实现α钛合金材料变形各阶段织构数据的可视化。
[0042]本本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种α钛变形过程介观应力和织构的半定量预测及可视化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1，基于α钛合金材料的微观结构，建立包含材料织构的代表体积元模型RVE；步骤2，α钛合金材料在外载荷作用下发生塑性变形，随后通过电子背散射衍射技术EBSD表征α钛合金材料的微观变形组织，确定α钛合金材料的介观变形行为，建立α钛合金材料在特定加载荷形式下的晶体塑性模型，并初步确定晶体塑性材料参数；步骤3，以α钛合金材料的宏观力学曲线和α钛合金材料织构演化结果为标的，用开源软件DAMASK谱方法对步骤2获得的晶体塑性模型进行多次试算，并修正晶体塑性材料参数；步骤4，基于修正的模型及晶体塑性参数，用开源软件DAMASK谱方法计算获得α钛合金材料在外载荷作用下介观应力和织构的半定量预测结果；步骤5，采用python程序辅助开源软件MTEX对介观应力和织构的半定量预测结果进行可视化。2.根据权利要求1所述的一种α钛变形过程介观应力和织构的半定量预测及可视化方法，其特征在于，所述的步骤1的中代表体积元模型RVE建立的具体方法为：将α钛合金材料多层的EBSD数据3D EBSD导入DREAM 3D软件，建立三维代表体积元RVE。3.根据权利要求1所述的一种α钛变形过程介观应力和织构的半定量预测及可视化方法，其特征在于，所述的步骤1的中代表体积元模型RVE建立的方法为：基于α钛合金材料的XRD或EBSD测量的织构，使用python程序辅助开源软件DAMASK前处理工具建立包含材料织构的代表体积元RVE。4.根据权利要求3所述的一种α钛变形过程介观应力和织构的半定量预测及可视化方法，其特征在于，所述的步骤1的中代表体积元模型RVE建立的具体方法为：(1)将α钛合金材料通过XRD方法获得的织构数据通过python程序转换为格式1的文本数据；所述的织构数据包含欧拉角数据及相应的权重；(2)修改格式1的文本数据的文件头和文件类型以适用于DAMASK公开的hybrid IA前处理程序，经处理后得到与代表体积元所含晶粒数量一致的织构数据；(3)将步骤(2)获得的织构数据替换代表体积元RVE的原始织构，获得包含XRD测量织构的代表体积元RVE。5.根据权利要求1所述的一种α钛变形过程介观应力和织构的半定量预测及可视化方法，其特征在于，所述的步骤2中α钛合金材料的外载荷形式包括单轴拉伸、单轴压缩、双轴拉伸、双轴压缩或简单剪切。6.根据权利要求1所述的一种α钛变形过程介观应力和织构的半定量预测及可视化方法，其特征在于，所述的步骤2建立α钛合金材料在特定加载形式下的晶体塑性模型的具体方法为：A、针对不同的变形温度水平，通过查询获得α钛合金材料的各向...
【专利技术属性】
技术研发人员：甄良，孟金奎，姜建堂，刘丽，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：
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