【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微观组织模拟，尤其公开了一种基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟方法及系统。
技术介绍
1、各类微观组织模拟方法为材料再结晶组织演变行为的研究提供了快捷、经济且有效的途径。近年来基于材料学的多尺度计算与模拟方法发展迅速，从原子尺度、介观尺度到宏观尺度已有许多研究者采用第一性原理、分子动力学、离散位错动力学、连续位错动力学、晶体塑性有限元和宏观有限元仿真等方法对材料性能预测、材料组织演变和微观结构可视化等方面进行了多角度深入研究。
2、综合已有微观组织模拟研究成果来看，目前主要采用蒙特卡罗法、相场法和元胞自动机法。虽然，国内外众多学者采用蒙特卡洛法、相场法和元胞自动机法模拟了各类铝合金不同工艺条件下热变形过程微观组织演变，但是元胞自动机计算尺度大，计算速度快，能很好再现热加工过程微观组织演变行为。因而，基于物理实验的元胞自动机(cellularautomata，简称ca)为材料组织演变规律的研究提供了有效手段。
3、目前，已有国外、国内许多研究者探索了关于元胞自动机方法模拟热变形或者热处理过程再结晶行为。
4、1)国外研究现状
5、国外许多研究者对材料微观组织模拟进行了研究。比如，yazdipour n等采用元胞自动机(ca)模拟热变形过程中的动态再结晶(drx)演变；sitko m等通过ca模拟动态再结晶过程时间步长和元胞大小对ca模型模拟过程的影响。yanfeng l等在ca模拟理论基础上，从晶粒取向、晶粒尺寸分布、晶粒生长动力学和晶粒拓扑结构等方面建立了晶粒生长的
6、de jaeger j等采用三维元胞自动机方法将晶体有限元模型与再结晶模型耦合并应用于三维压缩变形多晶聚集体，这综合展现了微观晶粒演变与宏观变形之间的耦合作用。
7、国外学者将元胞自动机与各类算法相结合对静态再结晶组织进行模拟。比如，madani mitra采用一种新改进概率元胞自动机(pca)模型，对非等温退火过程中静态再结晶(srx)进行了模拟。sitko mateusz提出了一种新的晶粒形核自适应算法，该算法对ca空间大小不敏感，适用于简单srx晶粒形核过程。hashemi sepideh在机器学习框架下，采用元胞自动机方法产生模拟数据集，演示了面心立方(fcc)多晶材料静态再结晶过程中微观结构的时间演变。amir asgharzadeh建立了一种基于元胞自动机(ca)方法的流体成形钢管静态再结晶(srx)动力学模型。
8、2)国内研究现状
9、国内许多学者在元胞自动机模拟铝合金微观组织方面做了很多研究。比如，王永建建立了单相材料及含第二相粒子材料的动态再结晶模型，并采用元胞自动机法模拟二相粒子对动态再结晶行为的影响。申刚[30]建立了多相多晶材料变形晶体塑性有限元(cpfem)和元胞自动机(ca)耦合模型，模拟了不同退火温度、升温速率、保温时间等对微观组织演变的影响。总而言之，元胞自动机在再结晶模拟领域的应用正逐渐趋于成熟。张杰等人建立了7085铝合金热变形过程中微观组织演变ca模型，将初始组织和热力学参数作为ca模型的输入数据，将位错密度设定为内部状态变量。通过实验数据验证了ca模型的可行性和可预测性。刘雷等确定了2219铝合金在热变形过程中主要软化机制为连续动态再结晶(cdrx)。提出了初始等轴晶与局部亚晶弥散的微观组织形成方法，在matlab平台上模拟了2219铝合金热变形过程中cdrx。
10、此外，国内学者在静态再结晶组织预报方面也做了许多研究。比如，唐晓乐采用元胞自动机方法模拟了静态再结晶组织及织构的演变并分析形核、晶粒长大特点以及能量和晶界的变化趋势，但是未将变形过程中位错密度及亚晶变化导入到元胞自动机中，难以实现热变形+热处理过程的耦合计算，难以对形变再结晶全过程准确预测。郭一娜以铸态42crmo钢为研究对象，采用ca法模拟静态再结晶晶粒长大过程中，从晶粒尺寸、晶粒边数和晶粒相对面积分布等多个角度对模拟的晶粒形貌进行描述和分析，优化了晶粒拓扑变形技术，但该再结晶模型是基于晶界弓出理论，仅适用于钢类材料的简单再结晶机制，不适用于铝合金材料的复杂再结晶机制。虽然，目前众多学者从不同角度采用元胞自动机法对材料再结晶组织演变模拟进行了研究。然而，ca法模拟铝合金变形过程中微观组织演变探索较少且不完善。究其原因，首先是关于铝合金的研究工作大多集中在提高成形性和优化力学性能等领域。此外，由于铝锂合金在热变形过程中，位错运动促进动态回复发生，形成多边化结构与亚晶；随着变形的继续，动态再结晶发生，形成再结晶晶粒；在热处理过程中也会发生静态回复和静态再结晶，形成静态再结晶晶粒。因而，在热塑性变形过程中铝锂合金材料微观组织演化机制非常复杂。
11、虽然，国内外众多学者采用元胞自动机法模拟了铝合金不同工艺条件下热变形过程的微观组织演变，但是以往模拟都是基于传统晶界弓出理论，忽略了铝合金回复行为与晶内再结晶行为之间的耦合作用。已有再结晶模拟系统没有综合考虑位错、亚晶、动态再结晶和静态再结晶晶粒之间的协同作用，导致采用传统再结晶模拟方法不能准确揭示铝锂合金热变形过程再结晶演变规律，不能真实反应实际微观组织，影响了模拟结果的真实性和准确性，从而限制了铝锂合金再结晶微观组织模拟研究工作的深入开展。此外，目前在模拟铝锂合金再结晶组织演变时缺乏系统晶粒组织演变仿真平台，难以适应铝锂合金材料研发和工艺实验。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟方法及系统，旨在解决上述技术问题中的至少一种。
2、本专利技术的一方面涉及一种基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟方法，包括以下步骤：
3、材料参数运算模块根据输入的铝锂合金的变形条件和热处理条件，计算铝合金微观组织ca模拟相关参数；
4、初始组织生成模块根据计算出的铝合金微观组织ca模拟相关参数，采用元胞自动机模拟铝合金微观组织；
5、铝锂合金再结晶组织模拟模块根据铝合金微观组织ca模拟相关参数、铝合金微观组织、以及建立的铝锂合金再结晶ca模型，实现待测铝合金再结晶微观组织的演变模拟和预报，并实时显示演变结果。
6、进一步地，变形条件包括变形参数，热处理条件包括热处理参数，铝合金微观组织ca模拟相关参数包括位错密度系数、晶界迁移率m、晶界迁移驱动力p、再结晶临界位错密度ρc、再结晶临界存储能ec和最大存储能emax，材料参数运算模块根据输入的铝锂合金的变形条件和热处理条件，计算铝合金微观本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟方法，其特征在于，所述变形条件包括变形参数，所述热处理条件包括热处理参数，所述铝合金微观组织CA模拟相关参数包括位错密度系数、晶界迁移率M、晶界迁移驱动力P、再结晶临界位错密度ρc、再结晶临界存储能Ec和最大存储能Emax，所述材料参数运算模块根据输入的铝锂合金的变形条件和热处理条件，计算铝合金微观组织CA模拟相关参数的步骤包括：
3.如权利要求2所述的基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟方法，其特征在于，所述晶界迁移率M通过以下公式计算出：
4.如权利要求3所述的基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟方法，其特征在于，所述晶界迁移驱动力P通过以下公式计算出：
5.如权利要求4所述的基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟方法，其特征在于，所述再结晶临界位错密度ρc通过以下公式获得：
6.如权利要求5所述的基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟方法，其特征在于，所述铝合金微观组织CA模拟相关参数
7.如权利要求1所述的基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟方法，其特征在于，所述初始组织生成模块根据计算出的所述铝合金微观组织CA模拟相关参数，采用元胞自动机模拟铝合金微观组织的步骤包括：
8.如权利要求7所述的基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟方法，所述初始组织生成模块根据计算出的所述铝合金微观组织CA模拟相关参数，采用元胞自动机模拟铝合金微观组织的步骤还包括：
9.如权利要求8所述的基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟方法，其特征在于，所述铝锂合金再结晶组织模拟模块根据所述铝合金微观组织CA模拟相关参数、所述铝合金微观组织、以及建立的铝锂合金再结晶CA模型，实现待测铝合金再结晶微观组织的演变模拟和预报，并实时显示演变结果的步骤包括：
10.一种基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟系统，应用于如权利要求1至9任意一项所述的基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟方法中，其特征在于，所述基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟系统包括初始组织模块、动态回复模块、动态再结晶模块和静态再结晶模块，其中，所述初始组织模块，用于输入侍测铝合金的变形参数及热处理参数，计算铝合金微观组织CA模拟相关参数；
...【技术特征摘要】
1.一种基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟方法，其特征在于，所述变形条件包括变形参数，所述热处理条件包括热处理参数，所述铝合金微观组织ca模拟相关参数包括位错密度系数、晶界迁移率m、晶界迁移驱动力p、再结晶临界位错密度ρc、再结晶临界存储能ec和最大存储能emax，所述材料参数运算模块根据输入的铝锂合金的变形条件和热处理条件，计算铝合金微观组织ca模拟相关参数的步骤包括：
3.如权利要求2所述的基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟方法，其特征在于，所述晶界迁移率m通过以下公式计算出：
4.如权利要求3所述的基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟方法，其特征在于，所述晶界迁移驱动力p通过以下公式计算出：
5.如权利要求4所述的基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟方法，其特征在于，所述再结晶临界位错密度ρc通过以下公式获得：
6.如权利要求5所述的基于元胞自动机法的铝合金微观组织模拟方法，其特征在于，所述铝合金微观组织ca模拟相关参数还包括连续再结晶面积分数fcdrx和不连续再结晶面积分数fddrx，所述连续再结晶面积分数fcdrx和不...
【专利技术属性】
技术研发人员：张京京，李强，李楷模，熊志林，曾鹏，
申请(专利权)人：湖南工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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