【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料计算，具体是铝合金产品的微观孔洞及对宏观服役性能影响的预测方法。
技术介绍
1、铸造铝合金凭借其轻量、高强度、良好的成形性以及在多个工业领域中的广泛应用，已经成为现代制造业中不可或缺的材料之一。在轻量化背景下，通过使用铸造铝合金，汽车制造商能够减轻车辆重量，提高燃油效率，并降低排放；航空航天领域对材料轻量化、强度和耐腐蚀性的要求极高，铸造铝合金正是满足这些需求的理想材料。飞机结构、引擎零部件等许多关键部件都采用铸造铝合金制造，以提高飞行效率和性能。总而言之，铸造铝合金在提高产品性能、降低能耗、推动轻量化技术发展等方面的优势，使其在工业界的地位得到不断巩固和提升。
2、目前，在铝合金铸件的生产模拟中，铸造仿真软件多考虑凝固过程中产生的宏观缩孔，不能考虑微观孔洞，而元胞自动机模型一次计算只能够对微米、毫米级的空间进行微观组织生长模拟，无法实现铸件整体的微观孔洞预测。
3、在进行各类仿真模拟时，由于使用的软件不同，彼此之间的数据交互存在很大问题。孔洞的出现会给铝合金的力学性能和疲劳寿命带来巨大的影响，目前，铸造仿真软件无法实现力学性能仿真，而力学性能仿真和疲劳性能仿真软件都不具备考虑缩孔的能力，其采用设置匀质材料所得出的结果与真实情况存在较大差异。因此，完成铸造仿真软件以及元胞自动机所计算出的缩孔信息到力学性能和疲劳性能仿真软件的映射以实现考虑缩孔信息对铝合金性能影响的计算显得尤为迫切。
4、现有专利文献：
5、专利文献1（jp2021053662a）中，预测缩孔的步骤
6、专利文献2（jp2021094562a）中，预测缩孔的步骤是，建立机器学习模型，通过实际测量学习了气孔发生概率分布之间的关系，在训练后，根据三维体素数据预测缩孔的分布；
7、专利文献3（jp7256448b2）中，预测缩孔的步骤是，通过根据金属液的温度变化计算凝固时间的铸造分析来预测缩孔的发生；
8、经对比，上述三篇专利文献集中在宏观尺度的缩孔预测，在微观孔洞的定量分析方面仍有不足。
9、鉴于此，本专利技术提供的铝合金产品的微观孔洞及对宏观服役性能影响的预测方法，旨在实现跨尺度地同时预测铸件整体宏观缩孔的位置和微观孔洞形貌体积，还可以模拟铸件整体的二次枝晶臂生长，为力学性能仿真和疲劳性能仿真提供依据。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供铝合金产品的微观孔洞及对宏观服役性能影响的预测方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、根据本专利技术的一方面，提供一种铝合金产品的微观孔洞及对宏观服役性能影响的预测方法，包括如下步骤：s1：铸造仿真，划分铸件有限元网格得到铸造仿真有限元网格，使用铸造仿真软件模拟铸件在相应工艺条件下的凝固过程，获得铸件宏观缩孔以及铸造仿真有限元网格上各节点的物理信息；s2：元胞自动机仿真，利用元胞自动机模型模拟微观组织生长，其中，使用铸造仿真有限元网格各节点的物理信息作为元胞自动机模型的输入，开展微观组织生长模拟，获得铸造仿真有限元网格各节点处的sdas值、包括微观缩孔和微观气孔的微观孔洞的形貌、尺寸；s3：力学性能仿真，利用力学性能仿真软件划分铸件的力学和疲劳性能仿真有限元网格，将铸造仿真有限元网格的网格信息映射输入到力学和疲劳性能仿真有限元网格中，考虑宏观缩孔、微观孔洞和sdas值对铝合金力学性能的影响，按照使用条件进行力学性能仿真，得到力学性能仿真结果；s4：疲劳性能仿真，使用力学性能仿真结果，考虑宏观缩孔、微观孔洞和sdas值对铝合金疲劳性能的影响，进行疲劳性能仿真，得到在额定工况下铸件的疲劳性能仿真结果。
3、优选地，所述步骤s1还包括：s101：建立铸造仿真模型，包括：依据铸造工艺条件设置边界条件和仿真参数；s102：通过对铸造仿真软件的二次开发，输出铸造仿真有限元网格上所有节点在凝固过程中的平均冷却速率，将包括编号和坐标的节点信息输入到铸造仿真结果文件，并输入到数据库中。
4、优选地，所述步骤s2还包括：s201：以平均冷却速率作为输入，使用元胞自动机模型模拟铸造仿真有限元网格上所有节点处的微观组织生长，获得包括微观孔洞的形貌、尺寸数据以及sdas值的元胞自动机仿真结果；s202：将元胞自动机仿真结果输入到数据库相应节点处保存，其中，微观孔洞的尺寸用节点处微观孔洞当量直径、节点处微观孔洞最大长度描述。
5、优选地，所述步骤s3还包括：s301：对铸造仿真结果文件、元胞自动机结果文件进行映射输入，完成力学性能仿真模型在网格节点层面的材料赋予；s302：按照铸件的使用要求，完成约束和载荷的施加，进行力学性能仿真；s303：得到力学性能仿真结果文件，生成仿真结果报告并保存。
6、优选地，所述步骤s4还包括：s401：对力学性能仿真结果文件、铸造仿真结果文件和元胞自动机结果文件进行映射输入，完成疲劳性能仿真模型在网格节点层面的材料赋予；s402：按照铸件的国标规定或使用条件，进行疲劳性能仿真；s403：得到疲劳性能仿真结果文件，生成仿真结果报告并保存。
7、优选地，在s102中，数据库以铸件有限元网格节点的坐标为主键，每一行的字段包括：节点坐标、节点编号、节点处的平均冷却速率、节点处的宏观缩孔率、节点处微观孔洞当量直径、节点处微观孔洞最大长度、节点处的sdas值，其中，节点坐标、节点编号、节点处的平均冷却速率、节点处的宏观缩孔率来自于铸造仿真；节点处微观孔洞当量直径、节点处微观孔洞最大长度、节点处的sdas值来自于元胞自动机仿真。
8、优选地，元胞自动机模型中包含用于预测微观孔洞中的微观缩孔的凝固缩孔预测模型和以过冷度为驱动力的枝晶形核和生长模型，以平均冷却速率作为枝晶形核和生长模型的输入，以枝晶形核和生长模型所提供的各元胞固相分数信息输入凝固缩孔预测模型，对形成孔洞所需的压力降进行计算以预测凝固缩孔。
9、优选地，所述映射输入通过网格信息映射算法实现，该网格信息映射算法用于：自动读取铸造仿真软件输出的网格信息；自动读取铸造仿真软件输出的宏观缩孔信息；自动读取元胞自动机仿真输出的微观孔洞信息和sdas值；自动实现网格信息的映射；自动实现力学性能仿真软件对宏观缩孔、微观孔洞信息和sdas值的影响分析；自动进行力学性能仿真软件在网格节点层面的材料赋予。
10、优选地，宏观缩孔、微观孔洞与sdas值对铝合金力学性能的影响表示为铝合金屈服强度、断裂应变、杨氏模量与宏观缩孔、微观孔洞和sdas值的数学关系式，和/或，宏观缩孔、微观孔洞与sdas值对疲劳性能参数的影响表示为铝合金抗拉强度、疲劳强度与宏观缩孔、微观孔洞和sdas值的数学关系式。
11、根据本专利技术的另一方面，提供一种记录介质，记录本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铝合金产品的微观孔洞及对宏观服役性能影响的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的铝合金产品的微观孔洞及对宏观服役性能影响的预测方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：
3.根据权利要求2所述的铝合金产品的微观孔洞及对宏观服役性能影响的预测方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：
4.根据权利要求3所述的铝合金产品的微观孔洞及对宏观服役性能影响的预测方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：
5.根据权利要求4所述的铝合金产品的微观孔洞及对宏观服役性能影响的预测方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：
6.根据权利要求5所述的铝合金产品的微观孔洞及对宏观服役性能影响的预测方法，其特征在于，在S102中，数据库以铸件有限元网格节点的坐标为主键，每一行的字段包括：节点坐标、节点编号、节点处的平均冷却速率、节点处的宏观缩孔率、节点处微观孔洞当量直径、节点处微观孔洞最大长度、节点处的SDAS值，其中，节点坐标、节点编号、节点处的平均冷却速率、节点处的宏观缩孔率来自于铸造仿真；节点处微观孔洞当量直径、节点处微观
7.根据权利要求1所述的铝合金产品的微观孔洞及对宏观服役性能影响的预测方法，其特征在于，元胞自动机模型中包含用于预测微观孔洞中的微观缩孔的凝固缩孔预测模型和以过冷度为驱动力的枝晶形核和生长模型，以平均冷却速率作为枝晶形核和生长模型的输入，以枝晶形核和生长模型所提供的各元胞固相分数信息输入凝固缩孔预测模型，对形成孔洞所需的压力降进行计算以预测凝固缩孔。
8.根据权利要求5所述的铝合金产品的微观孔洞及对宏观服役性能影响的预测方法，其特征在于，所述映射输入通过网格信息映射算法实现，该网格信息映射算法用于：自动读取铸造仿真软件输出的网格信息；自动读取铸造仿真软件输出的宏观缩孔信息；自动读取元胞自动机仿真输出的微观孔洞信息和SDAS值；自动实现网格信息的映射；自动实现力学性能仿真软件对宏观缩孔、微观孔洞信息和SDAS值的影响分析；自动进行力学性能仿真软件在网格节点层面的材料赋予。
9.根据权利要求1所述的铝合金产品的微观孔洞及对宏观服役性能影响的预测方法，其特征在于，宏观缩孔、微观孔洞与SDAS值对铝合金力学性能的影响表示为铝合金屈服强度、断裂应变、杨氏模量与宏观缩孔、微观孔洞和SDAS值的数学关系式，和/或，宏观缩孔、微观孔洞与SDAS值对疲劳性能参数的影响表示为铝合金抗拉强度、疲劳强度与宏观缩孔、微观孔洞和SDAS值的数学关系式。
10.一种记录介质，记录有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序用于使计算机实现权利要求1至9中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种铝合金产品的微观孔洞及对宏观服役性能影响的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的铝合金产品的微观孔洞及对宏观服役性能影响的预测方法，其特征在于，所述步骤s1还包括：
3.根据权利要求2所述的铝合金产品的微观孔洞及对宏观服役性能影响的预测方法，其特征在于，所述步骤s2还包括：
4.根据权利要求3所述的铝合金产品的微观孔洞及对宏观服役性能影响的预测方法，其特征在于，所述步骤s3还包括：
5.根据权利要求4所述的铝合金产品的微观孔洞及对宏观服役性能影响的预测方法，其特征在于，所述步骤s4还包括：
6.根据权利要求5所述的铝合金产品的微观孔洞及对宏观服役性能影响的预测方法，其特征在于，在s102中，数据库以铸件有限元网格节点的坐标为主键，每一行的字段包括：节点坐标、节点编号、节点处的平均冷却速率、节点处的宏观缩孔率、节点处微观孔洞当量直径、节点处微观孔洞最大长度、节点处的sdas值，其中，节点坐标、节点编号、节点处的平均冷却速率、节点处的宏观缩孔率来自于铸造仿真；节点处微观孔洞当量直径、节点处微观孔洞最大长度、节点处的sdas值来自于元胞自动机仿真。
7.根据权利要求1所述的铝合金产品的微观孔洞及对宏观服役性能影响的预测方法，其特征在于，元胞自动机模型中包含用于预测...
【专利技术属性】
技术研发人员：郎玉玲，马小英，孔德才，乔海波，王俊升，李钟尧，朱志华，徐世文，慈翔，王文博，高健，
申请(专利权)人：中信戴卡股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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