[发明专利]α钛变形过程介观应力和织构的半定量预测及可视化方法

说明书

本发明公开了一种α钛变形过程介观应力和织构的半定量预测及可视化方法，属于材料塑性变形技术领域。本发明解决了现有仿真手段或实验方法难以获取介观应力的难题，避免了介观应力的实验表征对设备的高要求以及高成本问题。本申请以代表体积元RVE为载体建立晶体塑性模型，将EBSD表征或XRD测量获得织构导入代表体积元RVE，代表体积元RVE由钛合金α相组成，包含了原始实验材料的织构信息，随后进行的晶体塑性仿真考虑了α钛合金的滑移和孪生变形行为，可以获得并可视化材料在多种外载荷作用下的介观应力、织构演化信息，对于研究α钛合金变形过程的介观应力演化以及介观应力诱发裂纹的萌生和扩展问题至关重要。

技术领域

本发明涉及一种α钛变形过程介观应力和织构的半定量预测及可视化方法，属于材料塑性变形技术领域。

背景技术

钛合金由于具有密度低、比强度高、高温性能和耐腐蚀性能优异等特点在航空航天领域有广阔的应用前景。其中，主要由α相组成的α钛和近α钛合金韧性好，屈服应力高。然而密排六方(HCP)结构往往造成的大量晶粒尺度上的塑性流变不均匀性，塑性流变不均匀性进而造成材料介观(晶粒尺度)应力场的不均匀性，而研究α钛合金构件在受外载荷作用发生变形过程的介观应力对于分析裂纹的萌生和疲劳寿命至关重要。有限元方法忽略了材料的晶体结构、晶粒取向和尺寸等因素的影响，难以对材料在外载荷作用下的介观应力进行预测；而常规的(非原位)实验技术由于难以对变形前后的同一区域进行针对性研究，因此在介观应力的研究上也不够准确；使用X射线微衍射、电子背散射衍射技术(EBSD)和晶体塑性有限元CPFE等联合实验-仿真技术可以用于分析构件局部位置的介观应力，然而上述方法往往仅适用于小试样，且需要针对特定载荷作用的构件进行逐一分析，应力分析成本较高。因此，提供一种基于代表体积元的α钛合金变形过程介观应力和织构的半定量预测及可视化方法是十分必要的。

发明内容

本发明为了解决现有实验技术(X射线微衍射、电子背散射衍射技术等)对α钛合金介观应力实验测量成本高，材料内部介观应力难以测量、且难以实现α钛合金变形过程织构演化的可视化等问题，提供一种基于代表体积元的α-Ti合金变形过程介观应力和织构的半定量预测及可视化方法。

本发明的技术方案：

一种α钛变形过程介观应力和织构的半定量预测及可视化方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，基于α钛合金材料的微观结构，建立包含材料织构的代表体积元模型RVE；

步骤2，α钛合金材料在外载荷作用下发生塑性变形，随后通过电子背散射衍射技术EBSD表征α钛合金材料的微观变形组织，确定α钛合金材料的介观变形行为，建立α钛合金材料在特定加载荷形式下的晶体塑性模型，并初步确定晶体塑性材料参数；

步骤3，以α钛合金材料的宏观力学曲线和α钛合金材料织构演化结果为标的，用开源软件DAMASK谱方法对步骤2获得的晶体塑性模型进行多次试算，并修正晶体塑性材料参数；

步骤4，基于修正的模型及晶体塑性参数，用开源软件DAMASK谱方法计算获得α钛合金材料在外载荷作用下介观应力和织构的半定量预测结果；

步骤5，采用python程序辅助开源软件MTEX对介观应力和织构的半定量预测结果进行可视化。

进一步限定，步骤1的中代表体积元模型RVE建立的具体方法为：将α钛合金材料多层的EBSD数据3D EBSD导入DREAM 3D软件，建立三维代表体积元RVE。

进一步限定，步骤1的中代表体积元模型RVE建立的方法为：基于α钛合金材料的XRD或EBSD测量的织构，使用python程序辅助开源软件DAMASK前处理工具建立包含材料织构的代表体积元RVE。

进一步限定，步骤1的中代表体积元模型RVE建立的具体方法为：