[发明专利]基于并行递进的多晶体内扰动随机孔隙模型构建方法

说明书

本发明涉及一种基于并行递进的多晶体内扰动随机孔隙模型构建方法，其包括以下步骤，步骤一：获取晶体材料的三维泰森多边形代表体元模型；步骤二：根据多晶代表体元模型，获得的晶粒集合的单元信息和全部节点信息；步骤三：基于并行递进确定晶粒集合的内部节点信息；步骤四：确定需要去除的孔隙集合；步骤五：对去除孔隙后模型的单元信息和内部节点信息重新编号；步骤六：建立晶体间的多孔隙模型。本发明利用泰森多边形建立晶粒集合，基于并行递进的多晶体内扰动随机方法，建立的孔隙结构模型，与实际的晶体材料的结构更为相似；本发明通过控制孔隙在不同坐标方向所占权重，能够控制孔隙的形貌，设计不同尺寸和结构的孔隙结构，使操作更加灵活。

技术领域

本申请涉及孔隙材料宏微观建模领域，具体地涉及一种基于并行递进的多晶体内扰动随机孔隙模型构建方法。

背景技术

在理想的熔炼过程中，对于晶体材料为均质材料，晶粒间无孔隙。但在实现的冶金熔炼过程甚至是金属材料再结晶过程中，很难保证材料的晶粒间没有孔隙的存在。为了通过有限元仿真平台模拟孔隙材料在变形过程中的变形演化规律。分析孔隙在材料变形过程起到的关键作用，诸如孔隙导致的应力/应变集中、变形过程孔隙压实等现象。需要对孔隙材料中孔隙的分布状态结构进行更准确的表达，尤其是不同孔隙形貌，建立出不同形貌分布的多孔隙的代表体元模型，进而施加不同的变形条件或加载方案，模拟孔隙材料中不同形貌孔隙导致的复杂形变及应力应变演化规律。

对于孔隙材料模型的建立目前，大多数有限元模型采用的均质材料，在此基础上利用空间构筑能力，在均质的基体中切除具有规则形状的孔洞(大部分为圆形或方形)，并未区分区晶粒的分布关系，更难在晶体尺度上构筑出相关的孔隙。在晶体尺度模型的有限元模拟，目前最普遍的方法就是利用代表体元法建立有限元模型。且代表体元模型的建模方法是基于Voronoi图建立的泰森多边形结构模型，将模型中的集合代表成晶粒。然而此方法建立的多晶体代表体元模型的各个晶粒之间的连接都是绑定成为一体，无任何缝隙，并共用节点，无法对任意集合体进行去除，因此此方法无法直接建立孔隙。

在基于Voronoi图建立的泰森多边形结构代表体元模型的基础上再次构筑去除部分单元，构建具有孔隙结构的晶体尺度模型。此模型的构筑更加符合实际的孔隙材料，新模型中不仅存在不同的晶粒结构，更具有不同形貌的孔隙结构。在不同变形行为或加载条件的仿真过程中，此模型可以实现不同形貌孔隙的演化行为。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明利用泰森多边形建立晶粒集合，基于并行递进的多晶体内扰动随机方法，完成了对孔隙结构模型的构建，与实际的晶体材料对比误差较小，设计不同尺寸和结构的孔隙结构，操作更灵活。

为实现上述目的，本发明所采用的解决方案为：

一种基于并行递进的多晶体内扰动随机孔隙模型构建方法，其包括以下步骤：

步骤1：获取晶体材料的三维泰森多边形代表体元模型；

建立晶体材料的三维泰森多边形代表体元模型，将其划分为多个晶粒集合，得到多晶代表体元模型；

步骤2：根据多晶代表体元模型，获得的晶粒集合的单元信息和全部节点信息；

由于步骤1中的多晶代表体元模型包括大量的晶粒集合，而每一个晶粒集合又包含多个单元；根据晶粒集合的结构特点，提取每个晶粒集合的单元编号，并按照键与值对的形式导出和存储，具体表述形式如下：

M＝{[Gset[n]：E₁，…E_i，…]，…}

式中：M代表多晶代表体元模型；Gset代表晶粒集合；n代表晶粒集合的序号；E代表晶粒集合的单元；i表示单元编号；

每个晶粒的单元均由节点构成，提取单元对应的节点信息，同时根据上式提取的晶粒集合的单元信息，确定晶粒集合包含的全部节点信息，具体表述形式如下：