【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高速旋转跨尺度建模中基于ebsd表征与damask模拟的高温合金微观组织结构演变分析方法。
技术介绍
1、高温合金做为航空发动机热端部件的主要制备材料，服役于极端环境工况，承受复杂载荷，包括交变机械载荷、振动载荷和热应力等，由此导致的低周疲劳失效成为威胁航空发动机热端部件结构完整性的主要失效形式之一。难加工材料在高速旋转下微观组织的变化，是零件强化的根本原因。高速旋转作用对晶粒尺寸、晶粒均匀度、位错密度等微观组织的改变，是揭示高速旋转强化机理的重要依据。开发一种能够模拟高速旋转跨尺度高温合金在复杂热-力耦合作用下微观组织结构演变机理的方法，对其结构完整性设计具有重要意义。晶体塑性有限元模拟是将晶体塑性力学本构关系与有限元方法相结合，从晶粒尺度上模拟金属的塑性变形过程。
2、现高温航空合金服役于极端环境工况，承受复杂载荷，包括交变机械载荷、振动载荷和热应力等，难以实现对材料完全载荷、应力等进行测量。并且由此导致的低周疲劳失效频发，高速旋转作用对晶粒尺寸、晶粒均匀度、位错密度等微观组织的改变，是揭示高速旋转残余应力调控技术机理的重要依据。
3、因此，本专利技术提出了一种高速旋转跨尺度建模中基于ebsd表征与damask模拟的高温合金微观组织结构演变分析方法，依据真实的高温合金ebsd观测实验，建立符合材料实际微观组织结构特征的模型；依靠高应变速率冲击实验或查阅相关文献，精确获取相关本构方程参数；最后根据交变载荷实验，提取特定载荷条件，探究高温合金在高速旋转下的微观组织结构演变机理。实现了从晶
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种高速旋转跨尺度建模中基于ebsd表征与damask模拟的高温合金微观组织结构演变分析方法，解决了高速旋转下高温合金微观组织结构演变分析的问题，对揭示高速旋转残余应力调控技术机理有着重要意义。
3、(二)技术方案
4、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高速旋转跨尺度建模中基于ebsd表征与damask模拟的高温合金微观组织结构演变分析方法。步骤如下：
5、步骤1：开展面向高温合金材料的ebsd实验，获取.ang或.ctf模型文件；使用oim、channel 5等软件处理.ang或.ctf模型文件，处理局部噪点，优化晶界模型，提高数据准确性，使dream3d软件能够有效处理模型数据；
6、步骤2：使用dream3d软件提取晶粒尺寸、晶体取向、晶粒几何位置、金属织构等信息，写入.dream3d文件和.xdmf文件，并利用damask前处理工具将其处理成.vti文件，使其能够进行模拟计算；利用damask软件读取模型文件，编译与目标材料微结构演变规律相匹配的线弹性模型和晶体塑性本构方程；
7、步骤3：通过查阅相关资料；或开展霍普金森压杆实验，分析高应变速率下的应力-应变响应信息，确定晶体塑性有限元本构模型参数；
8、步骤4：分析不同预设温度和载荷条件下的动力学行为，编译载荷文件；
9、步骤5：开展晶体塑性有限元模拟，生成.haf5文件，可直接使用hdfview软件查看计算结果文件，或利用damask后处理功能分析相关结果。
10、优选的，所述步骤1中，提取真实的材料ebsd实验结果构建仿真模型，大幅提升模拟精度，避免传统代表性体积单元模型引入的建模误差。
11、优选的，所述步骤3中，在霍普金森压杆实验中，可将高温合金材料制作成圆柱形样件，样件直径8mm，长径比为0.5:1；为减小端面磨擦效应，平行度要在0.02mm公差范围以内，垂直度在0.02mm公差范围以内。根据获得的应力-应变曲线，拟合晶体塑性本构模型参数。
12、优选的，所述步骤2中，建立的基于唯象的本构方程如下：
13、
14、
15、
16、
17、
18、
19、
20、其中，lp为塑性速度梯度，为滑移系统剪切率，为孪晶系统剪切率，和为沿着剪切方向和剪切平面法线的单位矢量，τα为切应力，为滑移阻力，为孪晶阻力，为总孪晶体积分数，n为滑移/孪晶系统个数，h为滑移-滑移、孪晶-滑移、孪晶-孪晶相互作用矩阵，c1-c4为拟合系数，为单位阶跃函数，为特征剪切。
21、优选的，所述步骤4中，需要根据特定的外载荷状态编辑载荷文件，主要包括时间增量、步长、应力、应变、预设温度等参数。
22、
23、
24、
25、
26、
27、f＝fefp (13)
28、
29、其中，公式8-9、10、11分别为控制damask变形与应力、热传导、相场损伤的偏微分方程。b代表连续体假设，p为第一皮奥拉-基尔霍夫应力，σ为柯西应力，ρ为质量密度，μt为具有热容的粘性参量，ft为热量产生率，ft为热通量，为非守恒标量损伤场，为损伤粘度，为驱动力，为通量。s为皮奥拉-基尔霍夫应力张量，c为弹性刚度矩阵，fefe为弹性变形梯度，fpfp为塑性变形梯度，f为变形梯度，为塑性变形速率。
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1.一种高速旋转跨尺度建模中基于EBSD表征与DAMASK模拟的高温合金微观组织结构演变分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高速旋转跨尺度建模中基于EBSD表征与DAMASK模拟的高温合金微观组织结构演变分析方法，其特征在于：所述步骤1中，提取真实的材料EBSD实验结果构建仿真模型，大幅提升模拟精度，避免传统代表性体积单元模型引入的建模误差。
3.根据权利要求1所述的一种高速旋转跨尺度建模中基于EBSD表征与DAMASK模拟的高温合金微观组织结构演变分析方法，其特征在于：所述步骤3中，在霍普金森压杆实验中，可将高温合金材料制作成规定尺寸圆柱形样件进行实验。根据获得的应力-应变曲线，拟合晶体塑性本构模型参数。
4.根据权利要求1所述的一种高速旋转跨尺度建模中基于EBSD表征与DAMASK模拟的高温合金微观组织结构演变分析方法，其特征在于：所述步骤4中，需要根据特定的外载荷状态编辑载荷文件，主要包括时间增量、步长、应力、应变、预设温度等参数。
【技术特征摘要】
1.一种高速旋转跨尺度建模中基于ebsd表征与damask模拟的高温合金微观组织结构演变分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高速旋转跨尺度建模中基于ebsd表征与damask模拟的高温合金微观组织结构演变分析方法，其特征在于：所述步骤1中，提取真实的材料ebsd实验结果构建仿真模型，大幅提升模拟精度，避免传统代表性体积单元模型引入的建模误差。
3.根据权利要求1所述的一种高速旋转跨尺度建模中基于ebs...
【专利技术属性】
技术研发人员：高瀚君，杨尚儒，吴琼，闫坤，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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