CN114282404B - 一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法 - Google Patents
一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114282404B CN114282404B CN202111442638.7A CN202111442638A CN114282404B CN 114282404 B CN114282404 B CN 114282404B CN 202111442638 A CN202111442638 A CN 202111442638A CN 114282404 B CN114282404 B CN 114282404B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- file
- titanium alloy
- calculation
- macroscopic
- model
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 65
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 title claims abstract description 63
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 28
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 90
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 11
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 11
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 9
- 230000008520 organization Effects 0.000 claims description 9
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 9
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 18
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 6
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- YTAHJIFKAKIKAV-XNMGPUDCSA-N [(1R)-3-morpholin-4-yl-1-phenylpropyl] N-[(3S)-2-oxo-5-phenyl-1,3-dihydro-1,4-benzodiazepin-3-yl]carbamate Chemical compound O=C1[C@H](N=C(C2=C(N1)C=CC=C2)C1=CC=CC=C1)NC(O[C@H](CCN1CCOCC1)C1=CC=CC=C1)=O YTAHJIFKAKIKAV-XNMGPUDCSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000013334 tissue model Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明涉及一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法，属于金属复合板轧制模拟的技术领域。基于实际轧制过程中使用的轧辊尺寸和板材尺寸利用有限元软件建立轧辊、板材的宏观三维模型，获取已知成分钛合金材料相应的宏观本构参数，设置钛合金材料的宏观本构方程，之后模拟钛合金板在所设置的工艺参数下的轧制复合过程，并提取感兴趣区域的载荷信息；基于钛合金板的切片金相组织图利用有限元软件建立三维相组织模型，获取已知成分钛合金材料中各个微观相结构相应的微观本构参数，设置钛合金材料的微观本构方程，将提取的载荷信息加载在三维相组织模型上，模拟真实相组织的轧制复合过程，再现了轧制过程中界面材料微观组织的演变过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法，属于金属复合板轧制模拟的技术领域。
背景技术
材料塑性与强度的同步提高是永恒的研究主题，然而单种材料的强度与塑性是一个矛盾点，随着塑性的提高强度往往会下降，随着强度的提高塑性也往往会下降，因此对一些强塑性要求均较高的应用领域，单块板已经越来越无法满足人们的需求。叠层复合板可综合各层材料的物理、力学性能，逐渐引起了研究者的广泛关注。
轧制复合法是一种常用的固相连接方法，与***焊接法相比，对环境污染小，生产效率高，制备的产品均匀性好，因此是叠层复合板制备的良好方法。叠层复合板的性能与相邻两板之间的结合界面质量(通常用界面结合强度来表征)有直接的联系，界面结合强度受到两板的材料种类、板材尺寸、轧制工艺参数的影响，因此可以通过材料种类选择、板材尺寸优化以及调整轧制工艺参数来提高叠层复合板的界面结合强度。然而，采用传统的实验方法进行材料选择、结构优化和参数调整费时费钱。随着计算机技术的不断发展，可利用计算机模拟代替实验以节约经费、提高效能。目前，通过计算机对轧制复合的模拟集中在宏观层次，对界面结合质量的评估以及轧制过程中界面微观组织的演变过程观察存在一定的困难。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法，基于钛合金真实相组织，利用宏微观跨尺度模拟，再现轧制过程中界面材料微观组织的演变过程，并从微观角度出发对界面结合质量进行评估，从而指导实际复合板制备时的材料选择、结构优化和参数调整过程，以制备出高性能的叠层复合板。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法，所述方法步骤如下：
(1)宏观轧制复合模拟
(1.1)根据钛合金材料的化学成分计算获得该钛合金材料的密度、泊松比、热膨胀系数、热容以及热导率五个宏观本构参数；
通过热压缩实验得到钛合金材料的应力-应变曲线，基于应力-应变曲线获得该钛合金材料的弹性模量和屈服强度两个宏观本构参数；
(1.2)基于实际轧制过程中使用的轧辊尺寸和板材尺寸两个工艺参数，利用有限元软件建立轧辊、板材的宏观三维模型并划分网格；
基于步骤(1.1)中的宏观本构参数，设置钛合金材料宏观本构方程；
(1.3)设置下压量、轧制速度以及板材初始温度三个工艺参数，采用所建立的宏观三维模型模拟相邻两种钛合金板在所设置的工艺参数下的轧制复合过程，并提取感兴趣区域的载荷信息；
(2)微观轧制复合模拟
(2.1)通过三维切片法获得两块钛合金板的切片金相组织图，并利用有限元软件将切片金相组织图排列重建为三维相组织模型；
根据钛合金材料的化学成分计算获得该钛合金材料中所包含的各个微观相结构的密度、泊松比、弹性模量、切变模量以及屈服强度五个微观本构参数，并设置钛合金材料微观本构方程；
(2.2)将步骤(1.3)提取的载荷信息加载在三维相组织模型上，模拟真实相组织的轧制复合过程。
进一步地，步骤(1.1)的热压缩实验过程中，应变率0.01s-1，升温速率(10±2)℃/s，保温时间3min～5min。
进一步地，步骤(1.1)的宏观本构参数以及步骤(2.1)的微观本构参数，均是利用JmartPro软件计算获得的；钛合金材料的宏观本构方程采用*MAT_ELASTIC_VISCOPLASTIC_THERMAL，钛合金材料的微观本构方程采用*MAT_PLASTIC_KINEMATIC。
进一步地，步骤(1.2)中，选用LSPP(LS-PrePost)有限元软件建立宏观三维模型。
进一步地，步骤(2.1)中，采用全自动三维切片***Genus_3D获取每块钛合金板的切片金相组织图，然后通过Simpleware商业包(V7.0，Synopsys)选取一定数量切片金相组织图排列重建为3D图像模型，并对3D图像模型进行纯六面体网格划分，随后自动生成三维有限元相组织模型。
进一步地，宏微观模拟通过Interface文件联系起来，在LSPP(LS-PrePost)中使用关键字*INTERFACE_COMPONENT_SEGMENT提取出步骤(1.3)宏观模拟中感兴趣区域的载荷信息作为Interface文件输出；之后在LSPP中通过关键字*INTERFACE_LINKING_SEGMENT将Interface文件中的载荷信息施加到步骤(2.2)微观模拟中。
进一步地，步骤(1.3)宏观模拟中，为了模拟实验时的回炉过程，前后两步借助d3dump文件，通过完全重启动算法连接，具体来说：
第一步计算时，输入设置好的宏观k文件，计算结束后输出d3dump01文件和Interface1.1文件；
第二步计算时，第一次修改宏观k文件中的轧辊下压量以及计算时间，输入d3dump01文件和第一次修改后的宏观k文件进行计算，计算结束后输出d3dump02文件和Interface2.1文件；
第三步计算时，与第二步计算类似，第二次修改宏观k文件中的轧辊下压量以及计算时间，输入d3dump02文件和第二次修改后的宏观k文件进行计算，计算结束后输出d3dump03文件和Interface3.1文件；
以此类推进行计算；
其中，计算步骤数比实际轧制复合过程中回炉次数多一次；宏观k文件包含步骤(1.1)获得的宏观本构参数、步骤(1.2)获得的宏观三维模型、步骤(1.2)和步骤(1.3)所涉及的五个工艺参数以及计算时间信息；d3dump文件为重启动文件，该文件中包含后续计算所需要的相关信息，如应力应变、几何形状、运动速度以及时间等信息；Interface j.1文件为对应计算步骤提取的感兴趣区域的载荷信息文件，为步骤(2.2)第j步计算所输入的Interface文件，1≤j≤N，N为步骤(1.3)计算的步骤数。
进一步地，若步骤(1.3)每一步计算获得的Interfacej.1文件所对应的感兴趣区域尺寸大于步骤(2.1)建立的三维相组织模型的尺寸，则采用如下步骤对Interfacej.1文件进行优化：
其中，N为步骤(1.3)计算的步骤数，1≤j≤N；Interfacej.1文件中的载荷信息是从步骤(1.2)的宏观三维模型中两钛合金板界面处选取的感兴趣区域1，在感兴趣区域1边界处建立Segment集，通过关键字*INTERFACE_COMPONENT_SEGMENT提取的感兴趣区域1的载荷信息；
第一步，基于感兴趣区域1空间坐标、尺寸建立感兴趣区域1的三维模型并将其简记为模型1，对模型1划分网格且网格尺寸比宏观三维模型的网格尺寸要小，通过关键字*INTERFACE_LINKING_SEGMENT将Interfacej.1文件的载荷信息施加在模型1后，选取模型1中两钛合金板界面处感兴趣区域2，在感兴趣区域2边界处建立Segment集，通过关键字*INTERFACE_COMPONENT_SEGMENT提取感兴趣区域2的载荷信息作为Interfacej.2文件输出；
第二步，基于感兴趣区域2空间坐标、尺寸建立感兴趣区域2的三维模型并将其简记为模型2，对模型2划分网格且网格尺寸比模型1的网格尺寸要小，通过关键字*INTERFACE_LINKING_SEGMENT将Interfacej.2文件的载荷信息施加在模型2后，选取模型2中两钛合金板界面处感兴趣区域3，在感兴趣区域3边界处建立Segment集，通过关键字*INTERFACE_COMPONENT_SEGMENT提取感兴趣区域3的载荷信息作为Interfacej.3文件输出；
第三步，以此类推，不断提取尺寸更小的感兴趣区域4、···、n的载荷信息，相应感兴趣区域的载荷信息分别作为Interfacej.4文件、···、Interfacej.n文件输出，直到从模型(n-1)中选取的感兴趣区域n的尺寸与步骤(2.1)建立的三维相组织模型尺寸相等，此时将Interfacej.n文件作为步骤(2.2)第j步计算所输入的Interface文件。
进一步地，步骤(2.2)微观模拟通过多步骤完成，其中步骤数比回炉次数多一次(即与宏观模拟步骤数相同)，前后两步借助d3dump文件，通过完全重启动方法连接，具体来说：
第一步计算时，输入设置好的微观k文件(此时包含的是宏观模拟第一步输出的Interface1.1文件或者优化的Interface1.n文件)，计算结束后输出d3dump01和d3plot文件；
第二步计算时，第一次修改微观k文件中的计算时间以及Interface文件中的载荷信息，输入第一步微观模拟输出的d3dump01文件和第一次修改后的微观k文件(此时包含的是宏观模拟第二步输出的Interface2.1文件或者优化的Interface2.n文件)，计算结束后输出d3dump02和d3plotaa文件；
第三步计算时，第二次修改微观k文件中的计算时间以及Interface文件中的载荷信息，输入第二步微观模拟输出的d3dump02文件和第二次修改后的微观k文件(此时包含的是宏观模拟第三步输出的Interface3.1文件或者优化的Interface3.n文件)，计算结束后输出d3dump03和d3plotab文件；
以此类推进行计算；
其中，微观k文件包含步骤(2.1)获得的微观本构参数、板材的初始温度、Interface文件中的载荷信息以及计算时间信息；d3dump文件为重启动文件，该文件中包含后续计算所需要的相关信息，如应力应变、几何形状、运动速度以及时间等信息；d3plot文件为对应计算步骤的结果文件，可直观观察到轧制过程中界面材料微观组织的应力应变、几何形状、运动速度、位移、温度的演变过程。
有益效果：
(1)与传统实验方法进行材料选择、结构优化和调整参数相比，本发明通过宏微观跨尺度模拟，可以再现轧制过程中界面材料微观组织的演变过程，并从微观角度出发对界面结合质量进行评估，从而指导高性能叠层复合板制备时的材料选择、结构优化和参数调整，大大节约了实验经费，同时也提高了效能。
(2)本发明在宏观、微观轧制模拟中采用了完全重启动法，即在上一步计算结束后，修改相应k文件后再在上一步计算结果的基础上重新计算，该方法的使用可以准确模拟出实验过程轧制后再回炉的过程，保证了整个轧制复合过程的连续性；同时可以将庞大的计算量分散开，降低了计算时间。
(3)本发明通过宏微观跨尺度方法模拟，将宏观轧制模拟提取的界面局部区域的载荷条件施加在微观三维有限元模型，再现了钛合金板微观相组织在真实应力下的演变行为，使微观轧制模拟结果具有可靠性。
附图说明
图1是实施例中对钛合金复合板进行宏微观跨尺度轧制模拟的流程图。
图2是实施例中宏观模拟的示意图。
图3是实施例中对Interfacej.1文件优化的过程示意图。
图4是实施例中建立的三维有限元相组织模型的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
实施例1
以Ti386材料和TC4材料组成的钛合金复合板为例，采用宏微观跨尺度轧制模拟方法模拟该钛合金复合板轧制过程分为宏观轧制复合模拟和微观轧制复合模拟两部分，宏观轧制复合模拟和微观轧制复合模拟都通过三步计算完成，并且二者通过Interface文件连接，如图1所示，具体如下：
(1)宏观轧制复合模拟
(1.1)利用JmartPro软件分别计算出Ti386材料和TC4材料的密度、泊松比、热膨胀系数、热容以及热导率五个宏观本构参数；
通过热压缩实验得到钛合金材料的应力-应变曲线，基于应力-应变曲线用Origin拟合获得该钛合金材料的弹性模量和屈服强度两个宏观本构参数；
其中，热压缩实验选用型号为Gleeble 3500的热模拟试验机，样品大小为应变率0.01s-1，变形量60％，升温速率10℃/s，保温时间3min；
(1.2)基于实际轧制过程中使用的轧辊尺寸和板材尺寸两个工艺参数，利用LSPP有限元软件建立轧辊(本实施例中采用四个轧辊，以实现两道次轧制)、板材的宏观三维模型并划分网格；
基于步骤(1.1)中的宏观本构参数，设置钛合金材料宏观本构方程*MAT_ELASTIC_VISCOPLASTIC_THERMAL；
(1.3)设置下压量、轧制速度以及板材初始温度三个工艺参数，采用所建立的宏观三维模型模拟两种钛合金板在所设置的工艺参数下的轧制复合过程，并提取感兴趣区域的载荷信息；其中，结合图2，宏观模拟的具体操作如下：
第一步计算时，输入设置好的宏观k文件，计算结束后输出d3dump01文件和Interface1.1文件；第二步计算时，第一次修改宏观k文件中的轧辊下压量和计算时间，输入d3dump01文件和第一次修改后的宏观k文件进行计算，计算结束后输出d3dump02文件和Interface2.1文件；第三步计算时，第二次修改宏观k文件中的轧辊下压量和计算时间，输入d3dump02文件和第二次修改后的宏观k文件进行计算，计算结束后输出d3dump03文件和Interface3.1文件；
其中，宏观k文件包含步骤(1.1)获得的宏观本构参数、步骤(1.2)获得的宏观三维模型、步骤(1.2)和步骤(1.3)所涉及的五个工艺参数以及计算时间信息；d3dump文件为重启动文件，该文件中包含后续计算所需要的相关信息，如应力应变、几何形状、运动速度以及时间等信息；Interface文件为对应计算步骤提取的感兴趣区域的载荷信息文件；
由于步骤(1.3)每一步计算获得的Interfacej.1(j＝1、2或3)文件所对应的感兴趣区域尺寸大于步骤(2.1)建立的三维相组织模型的尺寸，则需要对Interfacej.1文件进行优化，结合图3，具体优化步骤如下：
Interfacej.1文件中的载荷信息是从步骤(1.2)的宏观三维模型中两钛合金板界面处选取的感兴趣区域1，在感兴趣区域1边界处建立Segment集，通过关键字*INTERFACE_COMPONENT_SEGMENT提取的感兴趣区域1的载荷信息；
基于感兴趣区域1空间坐标、尺寸建立感兴趣区域1的三维模型并将其简记为模型1，对模型1划分网格且网格尺寸比宏观三维模型的网格尺寸要小，通过关键字*INTERFACE_LINKING_SEGMENT将Interfacej.1文件的载荷信息施加在模型1后，选取模型1中两钛合金板界面处感兴趣区域2，在感兴趣区域2边界处建立Segment集，通过关键字*INTERFACE_COMPONENT_SEGMENT提取感兴趣区域2的载荷信息作为Interfacej.2文件输出；
基于感兴趣区域2空间坐标、尺寸建立感兴趣区域2的三维模型并将其简记为模型2，对模型2划分网格且网格尺寸比模型1的网格尺寸要小，通过关键字*INTERFACE_LINKING_SEGMENT将Interfacej.2文件的载荷信息施加在模型2后，选取模型2中两钛合金板界面处感兴趣区域3，在感兴趣区域3边界处建立Segment集，通过关键字*INTERFACE_COMPONENT_SEGMENT提取感兴趣区域3的载荷信息作为Interfacej.3文件输出；
基于感兴趣区域3空间坐标、尺寸建立感兴趣区域3的三维模型并将其简记为模型3，对模型3划分网格且网格尺寸比模型2的网格尺寸要小，通过关键字*INTERFACE_LINKING_SEGMENT将Interfacej.3文件的载荷信息施加在模型3后，选取模型3中两钛合金板界面处感兴趣区域4，在感兴趣区域4边界处建立Segment集，通过关键字*INTERFACE_COMPONENT_SEGMENT提取感兴趣区域4的载荷信息作为Interfacej.4文件输出，将Interfacej.4文件作为步骤(2.2)第j步计算所输入的Interface文件；
(2)微观轧制复合模拟
(2.1)采用全自动三维切片***Genus_3D分别获取Ti386板和TC4板的切片金相组织图，然后通过Simpleware商业包(V7.0，Synopsys)选取一定数量切片金相组织图排列重建为3D图像模型，并对3D图像模型进行纯六面体网格划分，随后自动生成三维有限元相组织模型，如图4所示；
利用JmartPro软件分别计算出Ti386材料和TC4材料中所包含的各个微观相结构的密度、泊松比、弹性模量、切变模量以及屈服强度五个微观本构参数，并设置钛合金材料微观本构方程*MAT_PLASTIC_KINEMATIC；
(2.2)将步骤(1.3)提取的载荷信息加载在三维相组织模型上，模拟真实相组织的轧制复合过程；其中，微观模拟的具体操作如下：
第一步计算时，输入设置好的微观k文件，其中使用关键字*INTERFACE_LINKING_SEGMENT将此时微观k文件中对应的Interface1.4文件所包含的载荷信息加载在三维相组织模型上，计算结束后输出d3dump01和d3plot文件；第二步计算时，第一次修改微观k文件中的计算时间以及Interface文件中的载荷信息，输入d3dump01文件和第一次修改后的微观k文件，其中使用关键字*INTERFACE_LINKING_SEGMENT将此时微观k文件中对应Interface2.4文件所包含的载荷信息加载在三维相组织模型上，计算结束后输出d3dump02和d3plotaa文件；第三步计算时，第二次修改微观k文件中的计算时间以及Interface文件中的载荷信息，输入d3dump02文件和第二次修改后的微观k文件，其中使用关键字*INTERFACE_LINKING_SEGMENT将此时微观k文件中对应Interface3.4文件所包含的载荷信息加载在三维相组织模型上，计算结束后输出d3dump03和d3plotab文件；
其中，微观k文件包含步骤(2.1)获得的微观本构参数、板材的初始温度、Interface文件中的载荷信息以及计算时间信息；d3dump文件为重启动文件，该文件中包含后续计算所需要的相关信息，如应力应变、几何形状、运动速度以及时间等信息；d3plot文件为对应计算步骤的结果文件(包含第一、二、三步计算输出的d3plot、d3plotaa和d3plotab文件)，可直观观察到轧制过程中界面材料微观组织的应力应变、几何形状、运动速度、位移、温度的演变过程，再现了轧制过程中界面材料微观组织的演变过程。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
(1)宏观轧制复合模拟
(1.1)根据钛合金材料的化学成分计算获得该钛合金材料的密度、泊松比、热膨胀系数、热容以及热导率五个宏观本构参数；
通过热压缩实验得到钛合金材料的应力-应变曲线，基于应力-应变曲线获得该钛合金材料的弹性模量和屈服强度两个宏观本构参数；
(1.2)基于实际轧制过程中使用的轧辊尺寸和板材尺寸两个工艺参数，利用有限元软件建立轧辊、板材的宏观三维模型并划分网格；
基于步骤(1.1)中的宏观本构参数，设置钛合金材料宏观本构方程；
(1.3)设置下压量、轧制速度以及板材初始温度三个工艺参数，采用所建立的宏观三维模型模拟相邻两种钛合金板在所设置的工艺参数下的轧制复合过程，并提取感兴趣区域的载荷信息；
步骤(1.3)宏观模拟的具体操作如下，
第一步计算时，输入设置好的宏观k文件，计算结束后输出d3dump01文件和Interface1.1文件；
第二步计算时，第一次修改宏观k文件中的轧辊下压量以及计算时间，输入d3dump01文件和第一次修改后的宏观k文件进行计算，计算结束后输出d3dump02文件和Interface2.1文件；
第三步计算时，第二次修改宏观k文件中的轧辊下压量以及计算时间，输入d3dump02文件和第二次修改后的宏观k文件进行计算，计算结束后输出d3dump03文件和Interface3.1文件；
以此类推进行计算；
其中，计算步骤数比实际轧制复合过程中回炉次数多一次；宏观k文件包含步骤(1.1)获得的宏观本构参数、步骤(1.2)获得的宏观三维模型、步骤(1.2)和步骤(1.3)所涉及的五个工艺参数以及计算时间信息；d3dump文件为重启动文件，该文件中包含后续计算所需要的相关信息；Interface j.1文件为对应计算步骤提取的感兴趣区域的载荷信息文件，1≤j≤N，N为步骤(1.3)计算的步骤数；
(2)微观轧制复合模拟
(2.1)通过三维切片法获得两块钛合金板的切片金相组织图，并利用有限元软件将切片金相组织图排列重建为三维相组织模型；
根据钛合金材料的化学成分计算获得该钛合金材料中所包含的各个微观相结构的密度、泊松比、弹性模量、切变模量以及屈服强度五个微观本构参数，并设置钛合金材料微观本构方程；
(2.2)将步骤(1.3)提取的载荷信息加载在三维相组织模型上，模拟真实相组织的轧制复合过程；
步骤(2.2)中微观模拟的具体操作如下，
第一步计算时，输入设置好的微观k文件，计算结束后输出d3dump01和d3plot文件；
第二步计算时，第一次修改微观k文件中的计算时间以及Interface文件中的载荷信息，输入第一步微观模拟输出的d3dump01文件和第一次修改后的微观k文件，计算结束后输出d3dump02和d3plotaa文件；
第三步计算时，第二次修改微观k文件中的计算时间以及Interface文件中的载荷信息，输入第二步微观模拟输出的d3dump02文件和第二次修改后的微观k文件，计算结束后输出d3dump03和d3plotab文件；
以此类推进行计算；
其中，计算步骤数比实际轧制复合过程中回炉次数多一次；微观k文件包含步骤(2.1)获得的微观本构参数、板材的初始温度、Interface文件中的载荷信息以及计算时间信息；d3dump文件为重启动文件，该文件中包含后续计算所需要的相关信息；d3plot文件为对应计算步骤的结果文件，再现轧制过程中界面材料微观组织的演变过程。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法，其特征在于：步骤(1.1)的热压缩实验过程中，应变率0.01s-1，升温速率(10±2)℃/s，保温时间3min～5min。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法，其特征在于：步骤(1.1)的宏观本构参数以及步骤(2.1)的微观本构参数，均是利用JmartPro软件计算获得的；钛合金材料的宏观本构方程采用*MAT_ELASTIC_VISCOPLASTIC_THERMAL，钛合金材料的微观本构方程采用*MAT_PLASTIC_KINEMATIC。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法，其特征在于：步骤(2.1)中，采用全自动三维切片***Genus_3D获取每块钛合金板的切片金相组织图，然后通过Simpleware商业包选取一定数量切片金相组织图排列重建为3D图像模型，并对3D图像模型进行纯六面体网格划分，随后自动生成三维有限元相组织模型。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法，其特征在于：步骤(1.2)中，选用LSPP有限元软件建立宏观三维模型。
6.根据权利要求5所述的一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法，其特征在于：宏微观模拟通过Interface文件联系起来，在LSPP中使用关键字*INTERFACE_COMPONENT_SEGMENT提取出步骤(1.3)宏观模拟中感兴趣区域的载荷信息作为Interface文件输出；之后在LSPP中通过关键字*INTERFACE_LINKING_SEGMENT将Interface文件中的载荷信息施加到步骤(2.2)微观模拟中。
7.根据权利要求1所述的一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法，其特征在于：步骤(1.3)每一步计算获得的Interfacej.1文件所对应的感兴趣区域尺寸大于步骤(2.1)建立的三维相组织模型的尺寸时，则采用如下步骤对Interfacej.1文件进行优化：
其中，1≤j≤N，N为步骤(1.3)计算的步骤数；Interfacej.1文件中的载荷信息是从步骤(1.2)的宏观三维模型中两钛合金板界面处选取的感兴趣区域1，在感兴趣区域1边界处建立Segment集，通过关键字*INTERFACE_COMPONENT_SEGMENT提取的感兴趣区域1的载荷信息；
第一步，基于感兴趣区域1空间坐标、尺寸建立感兴趣区域1的三维模型并将其简记为模型1，对模型1划分网格且网格尺寸比宏观三维模型的网格尺寸要小，通过关键字*INTERFACE_LINKING_SEGMENT将Interfacej.1文件的载荷信息施加在模型1后，选取模型1中两钛合金板界面处感兴趣区域2，在感兴趣区域2边界处建立Segment集，通过关键字*INTERFACE_COMPONENT_SEGMENT提取感兴趣区域2的载荷信息作为Interfacej.2文件输出；
第二步，基于感兴趣区域2空间坐标、尺寸建立感兴趣区域2的三维模型并将其简记为模型2，对模型2划分网格且网格尺寸比模型1的网格尺寸要小，通过关键字*INTERFACE_LINKING_SEGMENT将Interfacej.2文件的载荷信息施加在模型2后，选取模型2中两钛合金板界面处感兴趣区域3，在感兴趣区域3边界处建立Segment集，通过关键字*INTERFACE_COMPONENT_SEGMENT提取感兴趣区域3的载荷信息作为Interfacej.3文件输出；
第三步，以此类推，不断提取尺寸更小的感兴趣区域4、···、n的载荷信息，相应感兴趣区域的载荷信息分别作为Interfacej.4文件、···、Interfacej.n文件输出，直到从模型(n-1)中选取的感兴趣区域n的尺寸与步骤(2.1)建立的三维相组织模型尺寸相等。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111442638.7A CN114282404B (zh) | 2021-11-30 | 2021-11-30 | 一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111442638.7A CN114282404B (zh) | 2021-11-30 | 2021-11-30 | 一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114282404A CN114282404A (zh) | 2022-04-05 |
| CN114282404B true CN114282404B (zh) | 2024-06-04 |
Family
ID=80870573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111442638.7A Active CN114282404B (zh) | 2021-11-30 | 2021-11-30 | 一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114282404B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101070223A (zh) * | 2007-06-29 | 2007-11-14 | 钢铁研究总院 | 热加工温控保温材料及其制备方法和应用 |
| JP2008197852A (ja) * | 2007-02-10 | 2008-08-28 | Phifit Kk | 塑性加工における被加工材の組織発展の解析装置、解析システムおよび記録媒体 |
| JP2009271806A (ja) * | 2008-05-09 | 2009-11-19 | Phifit Kk | 有限要素解析方法、塑性加工シミュレータ及び記録媒体 |
| CN108108582A (zh) * | 2018-02-27 | 2018-06-01 | 吉林大学 | 一种曲面件柔性轧制成形过程的数值模拟方法 |
| CN112231996A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-01-15 | 江苏科技大学 | 一种喷射成形7055铝合金热塑性变形过程本构方程及微观组织演变模型的建立方法 |
-
2021
- 2021-11-30 CN CN202111442638.7A patent/CN114282404B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008197852A (ja) * | 2007-02-10 | 2008-08-28 | Phifit Kk | 塑性加工における被加工材の組織発展の解析装置、解析システムおよび記録媒体 |
| CN101070223A (zh) * | 2007-06-29 | 2007-11-14 | 钢铁研究总院 | 热加工温控保温材料及其制备方法和应用 |
| JP2009271806A (ja) * | 2008-05-09 | 2009-11-19 | Phifit Kk | 有限要素解析方法、塑性加工シミュレータ及び記録媒体 |
| CN108108582A (zh) * | 2018-02-27 | 2018-06-01 | 吉林大学 | 一种曲面件柔性轧制成形过程的数值模拟方法 |
| CN112231996A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-01-15 | 江苏科技大学 | 一种喷射成形7055铝合金热塑性变形过程本构方程及微观组织演变模型的建立方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| TC4钛合金棒材斜轧数值模拟及微观组织研究;帅忠富;《硕士电子期刊》;20171231;第67页 * |
| 芯辊对钛合金径向环件轧制宏微观影响研究;王海军;《硕士电子期刊》;20170228;第1-98页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114282404A (zh) | 2022-04-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cleary et al. | Modelling of metal forging using SPH | |
| CN108629147A (zh) | 一种多晶体几何建模方法 | |
| CN110889166B (zh) | 基于热力耦合约束的航空用轴承支架轻量化设计方法 | |
| CN105631156A (zh) | 一种镍基高温合金锻件的晶粒组织均匀性评价方法 | |
| JP2008197852A (ja) | 塑性加工における被加工材の組織発展の解析装置、解析システムおよび記録媒体 | |
| Tersing et al. | Simulation of manufacturing chain of a titanium aerospace component with experimental validation | |
| CN112182678A (zh) | 一种固化质量与固化成本协同设计的热压罐成型方法 | |
| CN114282404B (zh) | 一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法 | |
| Zhuang et al. | Prediction of compressive mechanical properties of three-dimensional mesoscopic aluminium foam based on deep learning method | |
| McElfresh et al. | Initial grain orientation controls static recrystallization outcomes in cold-worked iron: Insight from coupled crystal plasticity/vertex dynamics modeling | |
| CN106383928A (zh) | 一种粉末烧结材料高温塑性流变致密化本构模型构建方法 | |
| Zhang et al. | Constructing initial nanocrystalline configurations from phase field microstructures enables rational molecular dynamics simulation | |
| CN106960079A (zh) | 多道次热轧工艺综合仿真分析的降维网格重构方法 | |
| Mooi et al. | An effective split of flow and die deformation calculations of aluminium extrusion | |
| CN113409894B (zh) | 一种近α型钛合金航空模锻件微观组织变化的预测方法 | |
| Srinivasan et al. | CAE for forging of titanium alloy aero-engine disc and integration with CAD–CAM for fabrication of the dies | |
| CN113035283B (zh) | 基于分子动力学的多层富勒烯单向压缩的模拟方法 | |
| Hyun et al. | Simulating a chain of manufacturing processes using a geometry-based finite element code with adaptive meshing | |
| Su et al. | [Retracted] Three‐Dimensional Finite Element Numerical Simulation and Analysis of Solid‐State Processing of Metal Material | |
| Wang et al. | FEM Analysis and Experimental Verification of the Integral Forging Process for AP1000 Primary Coolant Pipe | |
| CN112906274A (zh) | 用于包壳材料退火仿真的可视化界面及方法 | |
| CN110781615A (zh) | 一种cae仿真准确率的评价方法 | |
| Ahmad et al. | Integrating Simulation with Experiment for Recycled Metal Matrix Composite (MMC-AlR) Developed through Hot Press Forging | |
| Wang et al. | A Meso-Scale Fretting Fatigue Simulation Method Based on Submodelling Technique | |
| CN114708934B (zh) | 一种通过应力改变石墨烯和金属界面导电性能的设计方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |