[发明专利]面心立方材料疲劳过程晶体塑性本构模型建立方法

权利要求书

1.一种面心立方材料疲劳过程晶体塑性本构模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据面心立方材料的EBSD信息建立介观模型，具体步骤为：

S11、根据面心立方材料的EBSD信息利用图像术处理技术在空间生成晶粒晶核坐标信息；

S12、利用Voronoi算法将晶粒晶核坐标信息生成二维或三维晶体模型图；

S13、将晶体模型图信息导出并按一定顺序保存在文本文件中，通过Abaqus软件将文本文件生成晶体二维或三维几何模型；

S14、根据二维或三维几何模型的几何特征在Abaqus软件中进行结构/非结构网格划分得到网格，并对晶粒边界进行网格局部加密细化；

S15、将EBSD中的晶粒取向信息输入到Abaqus软件的网格中，完成考虑晶粒取向的介观模型建立；

S16、当介观模型验证合格时，输出该介观模型，否则，根据面心立方材料的EBSD信息修改晶粒晶核坐标，并返回步骤S11；

S2、在介观模型的基础上建立材料的晶体塑性本构模型，具体步骤为：

S21、通过面心立方金属材料晶体特征，在介观模型的基础上基于晶体特征和计算塑性理论分别建立滑移和位错密度与塑性剪切应变速率函数关系的本构模型；

S22、获得并定义本构模型的材料和滑移系相关参数；

S23、根据材料参数建立局部坐标下的弹性矩阵，通过取向矩阵对局部坐标下的弹性矩阵进行全局转化，并通过全局弹性矩阵计算滑移系强度；

S24、判断初始滑移系强度是否为0，当为0时通过滑移系相关参数计算滑移系方向和滑移系数量，并通过滑移系方向和滑移系数量计算施密特因子对称部分，否则，直接调用已有的施密特因子对称部分；

S25、通过滑移系相关参数对称部分计算施密特因子反对称部分，并通过施密特因子对称部分和施密特因子反对称部分计算滑移系算子；

S26、通过滑移系相关参数和滑移系算子计算滑移系剪切应变率；

S27、通过滑移系剪切应变率计算公式获得n元显示线性方程迭代计算显示线性方程的剪应变率，然后进行对剪切应变率进行非线性近似求解，获得第n步的剪切应变增量，n为迭代法中线性方程的个数；

S28、迭代计算第n+1步的剪切应变增量；

S29、利用第n+1步的剪切应变增量迭代计算一致切线刚度矩阵，并判断其是否收敛，若是，则结束迭代计算，更新本构模型中的相关参数，建立晶体塑性本构模型，否则，返回步骤S27；

其中一致切线刚度矩阵的计算公式为：

上式中，C^alg为一致切线刚度矩阵，l_ijkl为弹性模量张量，为Schmid因子，为滑移方向与滑移面法向叉乘之和，σ_jk为应力张量，为滑移方向与滑移面法向叉乘之和，σ_ik为应力张量，Δγ^α为剪切应变增量，Δε为应变增量，a为滑移系，N为滑移系最大数量。

2.根据权利要求1所述的面心立方材料疲劳过程晶体塑性本构模型建立方法，其特征在于，所述步骤S11中晶粒晶核坐标信息的计算公式为：

上式中，I^g(x,y)为晶粒晶核坐标信息，M和N分别为所选微观区域x和y坐标最大值，p为图片像素值，Ω_mic为微观区域。

3.根据权利要求1所述的面心立方材料疲劳过程晶体塑性本构模型建立方法，其特征在于，所述二维晶体模型图表示为：

上式中，D_i和B_ij分别为二维几何区域和几何边界位置，i和j分别为x和y两个方向的变量；

所述三维晶体模型图表示为：

上式中，V(p_i)和B'_ij分别为三维集合区域与几何边界位置，i、j和k分别为x、y和z三个方向的变量，I_n为y方向边界位置最大值。