[发明专利]一种非均质矿物铸件细观结构模型生成方法及系统

说明书

本公开提供了一种非均质矿物铸件细观结构模型生成方法及系统，属于计算材料学技术领域；使某种尺度的骨料颗粒在某方向上的分布与其位置紧密相关，并据此原则首先生成一个材料单元，同时保证该材料单元两侧的骨料颗粒能够无缝衔接，然后根据矿物铸件的大小，采用阵列方式复制该材料单元，从而快速生成一个完整矿物铸件的细观结构模型，提高了完整矿物铸件的细观结构模型的构建效率和精度。

技术领域

本公开涉及计算材料学技术领域，特别涉及一种非均质矿物铸件细观结构模型生成方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

矿物铸件已经愈来愈广泛地应用于精密机床床身制造之中，以使机床具有更高的振动阻尼性和加工精度。矿物铸件通常以矿物碎石为骨料，以环氧树脂为粘结料，并且经过搅拌、浇铸、振动、固化、脱模、机加工等工序来实现制造过程。

矿物铸件的性能主要取决于材料细观结构，尤其是浇铸和振动后所形成的骨料颗粒分布。一般情况下，矿物铸件的骨料颗粒在空间中是均匀分布的。

然而，发明人发现，在大型矿物铸件的浇铸和振动过程中，经常难以避免地发生大颗粒骨料下沉的离析分层现象，并导致骨料颗粒分布不均，从而产生非均质的细观结构。有时，为了充分发挥材料性能，并提高生产效率，或者为了使材料充填到矿物铸件上金属镶嵌件的缝隙中，也会故意在一个大型零件中采用不同的骨料级配，从而故意形成材料非均质现象，而现有的建模方法大多针对均质矿物铸件，无法实现非均质矿物铸件的快速建模。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种非均质矿物铸件细观结构模型生成方法及系统，使某种尺度的骨料颗粒在某方向上的分布与其位置紧密相关，并据此原则首先生成一个材料单元，同时保证该材料单元两侧的骨料颗粒能够无缝衔接，然后根据矿物铸件的大小，采用阵列方式复制该材料单元，提高了完整矿物铸件的细观结构模型的构建效率和精度。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种非均质矿物铸件细观结构模型生成方法。

一种非均质矿物铸件细观结构模型生成方法，生成的模型为二维模型，包括以下过程：

获取矿物铸件的尺寸数据和骨料级配数据；

确定建模空间的高度和宽度；

根据骨料级配数据，将骨料颗粒按尺寸从大到小分成多段，根据瓦拉文公式，得到各个尺寸范围内颗粒面积和；

根据骨料级配，将建模空间在竖直方向上分段，并保证其段数与骨料颗粒的级配段数相同；

在建模空间内，产生一个随机点；

以此随机点为中心，生成骨料颗粒的基体圆，基体圆的尺寸与其在建模空间内的位置参数密切相关且同时符合预设的线性分布与正态分布的复合函数；

根据基体圆生成内接多边形，将多边形的顶点沿半径方向向内或向外偏移，生成不规则的多边形骨料颗粒；

判断生成的骨料颗粒是否与已存在的骨料颗粒发生干涉，若干涉，删除该骨料颗粒，否则，执行下一步；

若生成的骨料颗粒位于建模空间的内部，则直接保存该颗粒的面积；若骨料颗粒与模型左、右边界相交，则复制并平移该颗粒预设距离至对侧边界处，且只保留骨料颗粒在模型空间内的部分，并保存该颗粒在模型空间内的面积；

统计各尺寸范围内各颗粒模型的面积和，当各颗粒模型的面积和与瓦拉文公式计算得到的颗粒面积和的差值在预设范围时，得到建模空间中各个尺寸范围内的所有颗粒模型；

以所有骨料颗粒作为第一相，并划分有限元网格，以颗粒之间的间隙作为第二相，并划分有限元网格，得到材料单元；