【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结构强度与细观有限元建模，具体涉及一种晶体塑性有限元模型中的滑移带划分方法。
技术介绍
1、涡轮盘作为航空发动机的关键部件。随着发动机代数的提升，涡轮前温度逐渐提高，涡轮盘在高温、高转速环境下工作，承受巨大的热应力和机械应力，极易发生低周疲劳失效。因此，对航空发动机涡轮盘寿命进行准确预测以预防航空事故是一个关键课题。
2、按照低周疲劳失效机制，疲劳裂纹的演化历程为：萌生阶段，裂纹扩展阶段，瞬断阶段。由于瞬断阶段所占时间很短，因此研究中一般不考虑瞬断阶段，仅考虑萌生阶段和裂纹扩展阶段。目前，针对裂纹扩展阶段进行寿命预测，相关仿真方法较为成熟，针对萌生阶段进行寿命预测，萌生仿真方法仍具有一定难度。
3、一般情况下，裂纹在宏观尺度上进行扩展，因此采用宏观建模方法模拟裂纹扩展过程。与裂纹扩展不同，裂纹萌生在细观尺度上进行，因此在裂纹萌生区域需要进行细观尺度模拟，即在晶粒层面去表征材料的微观结构。大多数情况下，晶粒中的滑移带开裂将诱发裂纹萌生，晶粒中最活跃的滑移带即为裂纹萌生位置。
4、综上所述，若对萌生寿命进行精细预测，需要将裂纹萌生仿真的尺度从晶粒层面精细到滑移带层面；同时对晶粒区内晶粒进行滑移带划分，涉及到大批量的晶粒滑移带划分工作。因此，迫切需要一种晶体塑性有限元模型中的滑移带划分方法，并要求该方法能实现大批量晶粒滑移带的自动化划分，以节省时间成本。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本专利技术提供了一种晶体塑性有限元模型中的滑移带划分
2、本专利技术提供了晶体塑性有限元模型中的滑移带划分方法，包括以下步骤：
3、步骤s1、对试验件考核段建立有限元模型，将试验件考核段有限元模型划分为晶粒区与非晶粒区，所述晶粒区位于试验件缺口区域，所述晶粒区以外的部分为非晶粒区；
4、步骤s2、确定试验件材料的滑移带划分信息，所述滑移带划分信息包括：滑移面种类、滑移带间隔；
5、步骤s3、基于所述试验件材料的滑移带划分信息，对有限元模型的晶粒区中的所有晶粒进行划分，具体包括：对于每个滑移面种类均进行以下操作：获取滑移面法线方向，将有限元模型的晶粒区中的晶粒逐个划分到多个滑移带，所述多个滑移带沿垂直于所述滑移面法线方向，以所述滑移带间隔为单位间隔依次排布。
6、可选地，所述获取滑移面法线方向，将有限元模型的晶粒区中的晶粒逐个划分到多个滑移带包括：获取滑移面的法线方向矢量在二维模型平面上的投影矢量；基于所述投影矢量，逐个获取各个晶粒中各个单元的法向投影距离，基于所述法向投影距离和所述滑移带间隔，逐个对各个晶粒中各个单元进行划分，将满足投影距离要求的单元划分到滑移带中，最终将有限元模型的晶粒区中的晶粒逐个划分到多个滑移带。
7、可选地，步骤s3具体包括：
8、步骤s3-1、设置晶粒i的遍历初始值为i＝1，滑移面x的遍历初始值为x＝1，其中滑移面x为第x种类的滑移面；
9、步骤s3-2、基于晶粒i的晶轴信息获取滑移面x的法向矢量在二维模型平面上的投影矢量nx以及全局坐标下的投影矢量nx方向的单位矢量坐标；
10、步骤s3-3、记录晶粒i中包含的所有单元的单元序号和单元中心点坐标，获取记录中各个所述单元的法向投影距离；所述法向投影距离的获取方式为：基于投影矢量nx的方向坐标轴fx，获取各个所述单元的单元中心点在fx上的投影位置，基于所述投影位置获取所述法向投影距离；
11、依据所述法向投影距离和所述滑移带间隔，对记录中各个所述单元进行划分，将记录中满足要求的单元构成一个滑移带，并进行转存；
12、步骤s3-4、令i＝i+1，返回步骤s3-2，直至遍历所有的晶粒，完成滑移面x对晶粒区所有晶粒的滑移带划分；
13、步骤s3-5、令x＝x+1，i＝1，返回步骤s3-2，直至遍历所有滑移面，完成所有滑移面对晶粒区所有晶粒的滑移带划分。
14、可选地，步骤s3-1还包括：
15、对所述晶粒区晶粒赋予晶粒取向信息，给出每个晶粒的x晶轴、y晶轴、z晶轴的单位矢量方向在全局坐标系下的坐标表示，分别为：(x1,x2,x3)、(y1,y2,y3)、(z1,z2,z3)。
16、可选地，步骤s3-2具体包括：
17、步骤s3-2-1、获取所述滑移面x(l m n)的法向矢量在二维模型平面上的投影矢量nx，计算方式为：
18、具有立方晶格晶体结构的金属滑移面x的种类数为c，其法向矢量在二维模型平面上的投影矢量为：nx(normalxx,normalxy)，x＝1,2,3,...,c，其中：
19、
20、其中，(x1,x2,x3)、(y1,y2,y3)、(z1,z2,z3)分别为晶粒的x晶轴、y晶轴、z晶轴的单位矢量方向在全局坐标系下的坐标表示，l、m、n为晶体的晶面指数；
21、步骤s3-2-2、建立以o(0,0)为原点，nx为矢量方向的坐标轴fx，坐标轴fx的单位矢量方向在全局坐标系下的坐标表示为(fxx,fxy)，其计算公式如下：
22、
23、其中，(normalxx,normalxy)表示滑移面x的滑移面法向矢量在二维模型平面上的投影矢量。
24、可选地，步骤s3-3具体包括：
25、步骤s3-3-1，获取晶粒区中晶粒i中所包含的所有单元的单元序号和单元中心点坐标信息，将其输出到第一文件中，根据所述单元中心点坐标信息计算晶粒i中每个单元的中心点在坐标轴fx上的投影点距离所述原点o的投影距离，并与单元序号一一对应；
26、步骤s3-3-2，遍历第一文件中所有单元，寻找第一文件中具有最小投影距离的单元a，并将其单元编号输出到第二文件，并从第一文件中删除单元a及其对应的单元信息；
27、步骤s3-3-3，遍历第一文件中所有剩余单元，寻找第一文件中所有满足单元中心点投影距离与单元a的单元中心点投影距离的距离差小于滑移带间隔的单元，将所有满足上述要求的单元编号输出到第二文件，并从第一文件中删除所有满足上述要求的单元，单元a与上述满足要求的单元构成了1个滑移带。
28、可选地，步骤s3-3-1具体包括：
29、获取晶粒i中所包含的所有单元的单元序号和单元中心点坐标信息，根据单元中心点坐标信息，采用以下公式计算晶粒i中每个单元的中心点在坐标轴fx上的投影点距离原点o的投影距离d：
30、d＝ex*fxx+ey*fxy
31、其中，单元的中心点的坐标为e(ex,ey)，坐标轴fx的单位矢量方向在全局坐标系下的坐标表示为fx(fxx,fxy)。
32、与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：
33、本专利技术实现了对晶体塑性有限元模型本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种晶体塑性有限元模型中的滑移带划分方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的晶体塑性有限元模型中的滑移带划分方法，其特征在于，所述获取滑移面法线方向，将有限元模型的晶粒区中的晶粒逐个划分到多个滑移带包括：
3.根据权利要求2所述的晶体塑性有限元模型中的滑移带划分方法，其特征在于：步骤S3具体包括：
4.根据权利要求3所述的晶体塑性有限元模型中的滑移带划分方法，其特征在于：所述步骤S3-1还包括：
5.根据权利要求4所述的晶体塑性有限元模型中的滑移带划分方法，其特征在于：所述步骤S3-2具体包括：
6.根据权利要求5所述的晶体塑性有限元模型中的滑移带划分方法，其特征在于：所述步骤S3-3具体包括：
7.根据权利要求6所述的晶体塑性有限元模型中的滑移带划分方法，其特征在于：所述步骤S3-3-1具体包括：
【技术特征摘要】
1.一种晶体塑性有限元模型中的滑移带划分方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的晶体塑性有限元模型中的滑移带划分方法，其特征在于，所述获取滑移面法线方向，将有限元模型的晶粒区中的晶粒逐个划分到多个滑移带包括：
3.根据权利要求2所述的晶体塑性有限元模型中的滑移带划分方法，其特征在于：步骤s3具体包括：
4.根据权利要求3所述的晶体塑性有限元模型中的滑移...
【专利技术属性】
技术研发人员：李果，卢婉秋，黄树椿，丁水汀，刘晓静，
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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