[发明专利]一种分析动态载荷条件下α-Fe应变率敏感系数的方法

说明书

本发明公开了一种分析动态载荷条件下α‑Fe应变率敏感系数的方法，包括：基于线弹性理论，建立基于不同加工工艺的α‑Fe三维离散位错动力学模型；应用所述动力学模型在不同应变速率的动态载荷条件下进行单轴拉伸变形模拟，得到应力应变曲线；建立提高模拟结果准确性的优化方案；以及，对不同应变速率下流动应力计算结果进行拟合，得到α‑Fe的应变率敏感系数。本发明可用于分析由不同加工工艺制得的各类体心立方纯金属在动态载荷条件下的应变率敏感系数，分析结果可靠，可重复性强，易于实现。

技术领域

本发明涉及一种分析体心立方金属应变率敏感系数的方法，特别涉及一种分析动态载荷条件下α-Fe应变率敏感系数的方法，属于材料科学领域。

背景技术

在材料的理论计算领域，离散位错动力学作为介观尺度的模拟手段，能够预测材料的力学性能以及大量位错在材料内部的演化行为，特别是在模拟预测金属材料的力学性能方面有着重要的应用前景。应变率敏感系数作为一项重要的力学参数，在多尺度计算预测α-Fe基金属材料的力学性能即在介观及宏观尺度的力学参数传递间起着重要的作用。传统的α-Fe的应变率敏感系数主要通过拉压实验测试获得，且载荷条件主要集中在准静态条件下。对于动态载荷条件下的应变率敏感系数的测定，不同的实验得出的结果相差较大，且成本较高，工序繁琐，具有一定的局限性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种分析动态载荷条件下α-Fe应变率敏感系数的方法，以克服现有技术中的不足。

为了达到上述发明目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明实施例提供了一种分析动态载荷条件下α-Fe应变率敏感系数的方法，其包括以下步骤：

S1：基于线弹性理论，建立基于不同加工工艺的α-Fe的三维离散位错动力学模型；

S2：使用所述三维离散位错动力学模型在不同动态载荷条件下进行单轴拉压变形模拟，得到应力应变曲线；

S3：建立优化方案对应力应变计算结果进行优化，以提高所述单轴拉压变形模拟结果的准确性；

S4：对步骤S3所获得优化后的应力应变计算结果进行拟合，得到应变率敏感系数。

进一步地，步骤S1包括：采用ParaDiS软件建立所述三维离散位错动力学模型。

进一步地，步骤S1包括：

将位错模拟成各向同性的弹性体中的线缺陷；以及，

将位错线离散化成一系列的位错结点及位错段。

其中，通过将位错线离散化成了一系列的位错结点及位错段，可以保证计算的收敛性。进一步地，步骤S1中，所述α-Fe中位错的滑移面为{110}，滑移方向为111。

进一步地，步骤S1包括：通过改变初始晶粒尺寸及初始位错密度以建立对应于不同加工工艺的α-Fe的三维离散位错动力学模型。

进一步地，步骤S2中，所述动态载荷条件包括加载方向、应变速率、加载温度中的一种或多种，而相配合的其余计算参数包括剪切模量、泊松比、杨氏模量、时间积分方法、时间步长、计算步数中的一种或多种。

进一步地，步骤S2中，所述应力应变曲线的计算公式为：

其中，σ^t+1为t+1时刻的应力，σ^t为t时刻的应力，E为杨氏模量，δt为时间步长，c为外加应变速率，为塑性应变率；

并且，所述塑性应变率的计算公式为：