[发明专利]一种钢凝固糊状区等轴晶组织粘塑性挤压变形的计算方法

权利要求书

1.一种钢凝固糊状区等轴晶组织粘塑性挤压变形的计算方法，其特征在于：

计算等轴晶组织生长模型，提取等轴晶组织生长形貌，建立等轴晶组织几何模型；

对等轴晶组织几何模型进行网格划分，建立等轴晶组织有限元模型；

对等轴晶组织有限元模型设置Anand粘塑性材料属性，建立表征等轴晶粘塑性力学行为的本构模型，即等轴晶组织粘塑性模型；

等轴晶组织粘塑性模型计算及结果后处理；

所述计算等轴晶组织生长模型，提取等轴晶组织生长形貌，建立等轴晶组织几何模型的具体方法为：

步骤1：采用元胞自动机方法构建等轴晶组织生长模型；

步骤2：提取等轴晶组织生长模型形貌数据，建立等轴晶组织几何模型；

所述提取等轴晶组织生长模型形貌数据，建立等轴晶组织几何模型的具体方法为：

提取等轴晶组织生长模型形貌数据，输出为DAT格式文件，再筛选、删除重复的数据点后在有限元软件ANSYS中由等轴晶组织形貌数据点坐标连线并生成几何面，建立等轴晶组织几何模型，最后将模型导出为Iges格式文件；

所述建立表征等轴晶粘塑性力学行为的本构模型的具体方法为：

通过对等轴晶组织设计粘塑性材料属性来近似凝固过程中等轴晶组织在外力作用下的粘塑性变形行为，粘塑性材料属性的设置如下：

一、设置固相等轴晶粘塑性属性：在Anand模型中，引入应力尺寸为s的内部状态变量变形阻抗来表示各向同性塑性流动阻力；设定粘塑性材料变形过程中的等效应力σ与内部状态变量变形阻抗s之间的关系为：

σ＝cs，c1 (9)

式中，c为粘塑性材料参数，如下公式所示：

式中，为非弹性应变率；ξ是应力乘子，A为材料常数，Q是变形激活能，T是绝对温度，R是气体常数，m是应变率敏感系数；

结合式(9)和式(10)，非弹性应变率表示为：

设定内部变量变形阻抗s为以下函数形式：

式中，h(σ,s,T)是一个硬化函数，与粘塑性材料变形过程的动态应变硬化和恢复过程相关，内部变量变形阻抗s的演化方程如下公式所示：

式中，s^*为s的饱和值，为变形阻抗饱和值s^*的系数，N为应变率敏感度，α为粘塑性材料软化或硬化应变敏感度，h₀为粘塑性材料硬化/软化常数，s₀为变形阻抗s的初始值；

对应于给定的温度和应变速率，将式(9)、式(10)、式(14)带入σ*＝cs*，则有

其中，σ^*为σ的饱和应力值；

对于粘塑性材料变形过程中恒温且s*s的条件，结合公式(9)和(13)得：

再对公式(16)进行积分得：

式中，s₀为变形阻抗s的初始值；

二、液相等轴晶属性设置：根据假定的液相弹性模量的取值阈值及计算收敛性要求确定弹性模量的具体数值；

所述等轴晶组织粘塑性模型计算及结果后处理的具体方法为：

步骤S1：设置分析步：首先采用非线性静力学分析步，实现一个与时间无关的静态加载过程；然后进行蠕变计算，设置蠕变分析步；

步骤S2：设置等轴晶组织粘塑性变形过程液相部分和固相部分接触属性；

步骤S3：设置等轴晶组织粘塑性模型的边界条件：对单个等轴晶计算模型的顶部施加位移压缩条件，对底部在X和Y方向分别约束其平移自由度，在Z方向约束其旋转自由度，对多个等轴晶计算模型的左侧边界约束其在X水平方向的自由度，其他约束条件和单等轴晶计算模型保持一致；

步骤S4：在有限元软件中计算等轴晶组织粘塑性变形过程；

步骤S5：对等轴晶组织粘塑性变形后的计算结果进行可视化及数据后处理。