[发明专利]一种钢凝固过程柱状晶组织粘塑性拉伸变形的计算方法

权利要求书

1.一种钢凝固过程柱状晶组织粘塑性拉伸变形的计算方法，其特征在于：

计算柱状晶组织生长形貌，建立柱状晶组织几何模型与有限元模型；

基于柱状晶组织有限元模型，设置柱状晶组织的粘塑性属性，建立表征柱状晶组织粘塑性力学行为的本构模型，即柱状晶组织粘塑性模型；

设置柱状晶组织粘塑性变形计算的条件；

在有限元软件中计算柱状晶组织粘塑性变形，并进行可视化及数据后处理；

所述计算柱状晶组织生长形貌，建立柱状晶组织几何模型与有限元模型的具体方法为：

步骤S1：基于CA法建立的二维柱状晶生长CA-FVM模型，计算柱状晶组织生长形貌；

步骤S2：提取特定固相率下柱状晶组织生长形貌数据；

步骤S3：筛选删除柱状晶组织生长形貌数据中的重复数据点；

步骤S4：在有限元软件ANSYS中建立柱状晶组织几何模型，导出为iges格式文件；

步骤S5：对ANSYS导出的iges格式文件进行格式转换，输出为有限元软件ABAQUS兼容的iges格式；

步骤S6：在软件ABAQUS中建立柱状晶组织有限元模型；

所述基于柱状晶组织有限元模型，设置柱状晶组织的粘塑性属性，建立表征柱状晶组织粘塑性力学行为的本构模型的具体方法为：

一、设置柱状晶的固相粘塑性属性：

获取Anand粘塑性材料的物性参数，用以表征固相柱状晶的粘塑性属性，建立表征柱状晶组织粘塑性力学行为的本构模型，如下公式所示：

其中，s为粘塑性材料的变形阻力，s的演化方程如下公式所示：

式中，为s的演化形式，为等效非弹性应变；A_A为Anand粘塑性材料的指前因子；Q_A为Anand粘塑性材料的激活能与气体常数之比；T为绝对温度；ξ为Anand粘塑性材料的应力乘数；为等效应力；m为Anand粘塑性材料应力的应变率敏感性；h₀为Anand粘塑性材料硬化或软化常数；α为Anand粘塑性材料硬化或软化的应变率敏感性；s^*为s的Anand粘塑性材料的饱和值；

二、设置柱状晶的液相属性：根据假定的液相弹性模量的取值阈值及计算收敛性要求确定弹性模量的具体数值；

所述设置柱状晶组织粘塑性变形计算的条件具体为：

(1)设置分析步Step：采用非线性静力学分析步，实现一个与时间无关的静态加载过程，产生初始应力场；然后设置粘塑性蠕变分析步，进行柱状晶的粘塑性分析计算；

(2)设置柱状晶组织液相部分和固相部分接触的相互作用：柱状晶组织粘塑性模型液相部分和固相部分接触面采用法向行为模型，接触面完全光滑，模型的法向行为设置为硬接触，并且不允许接触后分开；

(3)设置柱状晶组织粘塑性模型的边界条件：对柱状晶组织粘塑性模型的右侧边界施加位移拉伸条件，对底部边界在Y垂直方向约束其平移自由度，Z方向约束旋转自由度，左侧边界在X水平方向约束平移自由度，上部边界设置无约束条件；

(4)对柱状晶组织粘塑性模型划分网格并选择网格单元属性，优化网格质量直到网格质量达到计算精度。

2.根据权利要求1所述的一种钢凝固过程柱状晶组织粘塑性拉伸变形的计算方法，其特征在于：所述步骤S1的具体方法为：

步骤S1.1：设置柱状晶组织生长的温度场；

步骤S1.2：设置柱状晶组织生长的溶质场；

步骤S1.3：设置柱状晶组织生长过程中固液界面的传递与演变过程。