材料热加工全流程热力流微观组织多物理场数值计算方法技术

本发明专利技术公开了材料热加工全流程热力流微观组织多物理场数值计算方法，包括以下步骤：构建凝固模拟工艺至锻造模拟工艺和热处理模拟工艺的单向接口，构建锻造模拟工艺、焊接模拟工艺及钣金模拟工艺三者与热处理模拟工艺的双向接口，并构建焊接模拟工艺与钣金模拟工艺的双向接口；将凝固模拟工艺的应力计算结果数据通过单向接口传输至锻造模拟工艺和热处理模拟工艺；将锻造模拟工艺、焊接模拟工艺及钣金模拟工艺三者与热处理模拟工艺进行应力计算结果数据传输；步骤四、将焊接模拟工艺与钣金模拟工艺进行应力计算结果数据传输。本发明专利技术实现了热加工工艺流程链的耦合，能提升模拟试验结果与实际工况的吻合度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料加工热工艺模拟技术，具体是材料热加工全流程热力流微观组织多物理场数值计算方法。
技术介绍
材料加工热工艺包括凝固、锻造、焊接、热处理及钣金五种工艺，目前实现材料加工热工工艺模拟试验时，材料加工热工艺数值计算方法主要是对各个工艺单独分步计算，即针对上述五种工艺分别模拟计算，分别得到各个工艺的模拟结果。上述方法的原理是根据各个工艺自身特点进行简化并建立数值模型，根据实际工艺情况设置边界条件，然后利用各自或通用的求解器进行计算，得到各个工艺单独的模拟结果。采用上述方式进行模拟试验，工艺之间没有任何关联和结果数据传输，彼此之间是孤立的，这导致模拟试验结果与实际工况的吻合度较低，会严重影响模拟精度和材料加工热工艺模拟计算的可信度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决目前材料加工热工工艺模拟试验对各个工艺单独分步计算导致模拟试验结果与实际工况吻合度较低的技术问题，提供了一种材料热加工全流程热力流微观组织多物理场数值计算方法，其应用时使孤立的热加工的五种工艺数值模拟过程通过应力计算结果数据的传输和读取而耦合在一起，实现了热加工工艺流程链的耦合，能提升模拟试验结果与实际工况的吻合度。本专利技术解决上述问题主要通过以下技术方案实现：材料热加工全流程热力流微观组织多物理场数值计算方法，包括以下步骤：步骤一、构建凝固模拟工艺至锻造模拟工艺和热处理模拟工艺的单向接口，构建锻造模拟工艺、焊接模拟工艺及钣金模拟工艺三者与热处理模拟工艺的双向接口，并构建焊接模拟工艺与钣金模拟工艺的双向接口；步骤二、将凝固模拟工艺的应力计算结果数据通过单向接口传输至锻造模拟工艺和热处理模拟工艺；步骤三、将锻造模拟工艺、焊接模拟工艺及钣金模拟工艺三者的应力计算结果数据通过双向接口传输至热处理模拟工艺，或将热处理模拟工艺的应力计算结果数据通过双向接口传输至锻造模拟工艺、焊接模拟工艺及钣金模拟工艺；步骤四、将焊接模拟工艺的应力计算结果数据通过双向接口传输至钣金模拟工艺，或将钣金模拟工艺的应力计算结果数据通过双向接口传输至焊接模拟工艺。本专利技术的工序流程顺序与实际工艺流程顺序一致，其中，有双向接口的工序可以互为上下工序。进一步的，所述步骤二～步骤四中将发送数据方模拟工艺的应力计算结果数据传输至接收数据方模拟工艺时具体包括以下步骤：将发送数据方模拟工艺的应力应变结果，按照接收数据方模拟工艺的前处理格式，利用查询对比和最优算法进行节点选择与结果读取，并使网格节点与结果数据对应，进行两种工艺的无缝耦合链接，实现发送数据方模拟工艺的应力计算结果数据传输至接收数据方模拟工艺中。本专利技术在具体实施时，将凝固模拟工艺的应力计算结果数据通过单向接口传输至锻造模拟工艺时，凝固模拟工艺作为发送数据方模拟工艺，锻造模拟工艺作为接收数据方模拟工艺；将凝固模拟工艺的应力计算结果数据通过单向接口传输至热处理模拟工艺时，凝固模拟工艺作为发送数据方模拟工艺，热处理模拟工艺作为接收数据方模拟工艺。本专利技术在两模拟工艺之间配备有双向接口时，如：将焊接模拟工艺的应力计算结果数据通过双向接口传输至钣金模拟工艺时，焊接模拟工艺作为发送数据方模拟工艺，钣金模拟工艺作为接收数据方模拟工艺；而在将钣金模拟工艺的应力计算结果数据通过双向接口传输至焊接模拟工艺时，钣金模拟工艺作为发送数据方模拟工艺，焊接模拟工艺作为接收数据方模拟工艺。进一步的，所述凝固模拟工艺、锻造模拟工艺、焊接模拟工艺、热处理模拟工艺及钣金模拟工艺五者计算过程所涉及到的热-力计算方程一致，在构建接口时将发送数据方模拟工艺的应力应变结果和网格信息读取出来新生成一个文件，然后按照接收数据方模拟工艺的前处理格式进行再处理即可实现相应的接口。进一步的，所述凝固模拟工艺、锻造模拟工艺、焊接模拟工艺、热处理模拟工艺及钣金模拟工艺五者在进行温度计算时均采用傅里叶热传导方程和牛顿对流传热方程；根据传热学原理，傅里叶热传导方程的公式为：其中，T为温度，t为时间，、及为沿着xyz三个方向的热导率，ρ、c分别为材料的密度和比热容，L为比潜热，为固相质量分数；牛顿对流传热方程的公式为：其中，为热流密度，α为对流传热系数，为介质温度，为工件温度。本专利技术应用时，工序中涉及到的基本传热和对流计算都是基于傅里叶热传导方程和牛顿对流传热方程进行计算。进一步的，所述凝固模拟工艺、锻造模拟工艺、焊接模拟工艺、热处理模拟工艺及钣金模拟工艺五者应力计算基于热弹塑性本构关系，即满足如下公式：式中，为总应力增量张量，为总应变增量张量，为弹性张量，为柔性张量，为热膨胀系数，为应力张量，为温度增量，为塑性应变增量张量，为克罗内克函数符号函数。进一步的，所述凝固模拟工艺、锻造模拟工艺、焊接模拟工艺、热处理模拟工艺及钣金模拟工艺五者应力计算过程中还涉及到流体分析，应满足质量守恒方程、动量守恒方程及能量守恒方程，其中，质量守恒方程为：式中，D是散度，u、v、w分别是流体在xyz三个方向的流速分量；动量守恒方程为：式中，g是重力加速度，ρ是密度，p是压强，u、v、w分别是流体在xyz三个方向的流速分量，μ是流体运动粘度；能量守恒方程为：式中，c是流体比热容，ρ是密度，T为温度，Q流体内热源，λ是流体热导率。进一步的，所述步骤二～步骤四还包括以下步骤：所述接收数据方模拟工艺根据发送数据方模拟工艺的应力计算结果结合自身工艺边界条件设置，作为前处理条件，再进行接收数据方模拟工艺的模拟计算。综上所述，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过在模拟工艺之间开发单向接口或双向接口，通过这些接口可以对各种模拟工艺的数值模拟结果数据进行传输和读取，从而使孤立的热加工的五种工艺数值模拟过程通过结果数据的传输和读取而耦合在一起，可以实现材料加工热工工艺过程凝固、锻造、焊接、热处理、钣金工艺的全流程耦合模拟计算，充分考虑了不同工艺间应力应变的数据传输和相互影响，能提升模拟试验结果与实际工况的吻合度，进而能提高了模拟精度和材料加工热工艺模拟计算的可信度和工程实用价值。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为不同模拟工艺之间的关系图；图2为不同工艺间数据耦合（单向）走向流程框图；图3为本专利技术一个具体实施例中钣金至焊接的工艺流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例：如图1所示，材料热加工全流程热力流微观组织多物理场数值计算方法，包括依次进行的以下步骤：步骤一、构建凝固模拟工艺至锻造模拟工艺和热处理模拟工艺的单向接口，构建锻造模拟工艺、焊接模拟工艺及钣金模拟工艺三者与热处理模拟工艺的双向接口，并构建焊接模拟工艺与钣金模拟工艺的双向接口；步骤二、将凝固模拟工艺的应力计算结果数据通过单向接口传输至锻造模拟工艺和热处理模拟工艺；步骤三、将锻造模拟工艺、焊接模拟工艺及钣金模拟工艺三者的应力计算结果数据通过双向接口传输至热处理模拟工艺，或将热处理模拟工艺的应力计算结果数据通过双向接口传输至锻造模拟工艺、焊接模拟工艺及钣金模拟工艺；步骤四、将焊接模拟工艺的应力计算结果数据通过双向接口传输至钣本文档来自技高网...

【技术保护点】
材料热加工全流程热力流微观组织多物理场数值计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、构建凝固模拟工艺至锻造模拟工艺和热处理模拟工艺的单向接口，构建锻造模拟工艺、焊接模拟工艺及钣金模拟工艺三者与热处理模拟工艺的双向接口，并构建焊接模拟工艺与钣金模拟工艺的双向接口；步骤二、将凝固模拟工艺的应力计算结果数据通过单向接口传输至锻造模拟工艺和热处理模拟工艺；步骤三、将锻造模拟工艺、焊接模拟工艺及钣金模拟工艺三者的应力计算结果数据通过双向接口传输至热处理模拟工艺，或将热处理模拟工艺的应力计算结果数据通过双向接口传输至锻造模拟工艺、焊接模拟工艺及钣金模拟工艺；步骤四、将焊接模拟工艺的应力计算结果数据通过双向接口传输至钣金模拟工艺，或将钣金模拟工艺的应力计算结果数据通过双向接口传输至焊接模拟工艺。

【技术特征摘要】
1.材料热加工全流程热力流微观组织多物理场数值计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、构建凝固模拟工艺至锻造模拟工艺和热处理模拟工艺的单向接口，构建锻造模拟工艺、焊接模拟工艺及钣金模拟工艺三者与热处理模拟工艺的双向接口，并构建焊接模拟工艺与钣金模拟工艺的双向接口；步骤二、将凝固模拟工艺的应力计算结果数据通过单向接口传输至锻造模拟工艺和热处理模拟工艺；步骤三、将锻造模拟工艺、焊接模拟工艺及钣金模拟工艺三者的应力计算结果数据通过双向接口传输至热处理模拟工艺，或将热处理模拟工艺的应力计算结果数据通过双向接口传输至锻造模拟工艺、焊接模拟工艺及钣金模拟工艺；步骤四、将焊接模拟工艺的应力计算结果数据通过双向接口传输至钣金模拟工艺，或将钣金模拟工艺的应力计算结果数据通过双向接口传输至焊接模拟工艺。2.根据权利要求1所述的材料热加工全流程热力流微观组织多物理场数值计算方法，其特征在于，所述步骤二～步骤四中将发送数据方模拟工艺的应力计算结果数据传输至接收数据方模拟工艺时具体包括以下步骤：将发送数据方模拟工艺的应力应变结果，按照接收数据方模拟工艺的前处理格式，利用查询对比和最优算法进行节点选择与结果读取，并使网格节点与结果数据对应，进行两种工艺的无缝耦合链接，实现发送数据方模拟工艺的应力计算结果数据传输至接收数据方模拟工艺中。3.根据权利要求2所述的材料热加工全流程热力流微观组织多物理场数值计算方法，其特征在于，所述凝固模拟工艺、锻造模拟工艺、焊接模拟工艺、热处理模拟工艺及钣金模拟工艺五者计算过程所涉及到的热-力计算方程一致，在构建接口时将发送数据方模拟工艺的应力应变结果和网格信息读取出来新生成一个文件，然后按照接收数据方模拟工艺的前处理格式进行再处理即可实现相应的接口。4.根据权利要求3所述的材料热加工全流程热力流微观组织多物理场数值计算方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王清远，张宏，李久楷，刘永杰，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51