[发明专利]一种介观尺度下多相钢力学性能的仿真方法

说明书

本发明涉及一种介观尺度下多相钢力学性能的仿真方法，包括如下步骤：根据多相钢真实的微观组织构建二维等效体积单元；基于位错应变硬化理论，建立二维等效体积单元中各相的应力与应变之间关系的本构模型，其中所述二维等效体积单元中各相均为各项同性的弹塑性模型；建立多相钢的二维等效体积单元的有限元模型，设置边界条件和拉伸位移，开展介观尺度下的有限元模拟，获得多相钢的力学性能。本发明的方法中包含了足够多的微观信息，可以有效描述材料内部的局部变形，预测多相钢不同相组分下的力学性能，对材料组织性能的优化具有一定的工程应用意义。

技术领域

本发明属于材料力学性能预测领域，并且更具体地，涉及一种介观尺度下多相钢力学性能的仿真方法。

背景技术

多相钢是指钢种存在多相组织的先进高强度钢，这些相通常含有马氏体、铁素体及贝氏体。其中，贝氏体具有较好的强韧性匹配，可以减轻双相钢中硬相马氏体和软相铁素体之间的性能梯度。通过合金成分设计和控轧控冷技术等，可以调节多相钢中各相的比例，进而得到具有不同力学性能的产品。

传统上钢铁材料的力学性能数据是通过实验方法获得的，费时费力。近年来，随着计算机仿真技术的发展，利用钢铁材料的微观组织对其力学性能进行预测是一种高效简便的方法。等效体积单元(representative volume element)是材料整体宏观组织的代表，它以最小的体积包含了足够多的微观组织信息(比如各相的形貌和含量)，从而能在统计学上代表材料微观组织结构的基本特征。等效体积单元反映了材料在介观尺度下的微观形貌，开展介观状态下的形貌仿真可以建立高强钢不同相组分与力学性能之间的关系，对材料生产过程中的热处理工艺具有一定的指导意义。

利用等效体积单元模拟多相钢的变形行为时，力学本构参数的获取对模拟结果具有重要影响。目前，材料的力学本构模型主要是通过实验获得。申请公布号为CN113793654A的中国专利申请文件公开了一种基于无监督识别的钢铁材料力学性能预测方法及系统，该方法通过k均值聚类算法，对相邻超像素的特征向量进行归类及合并，从而识别钢铁材料各种组织；然后以纳米压痕试验获得单相组织的行程-载荷曲线，结合各单相组织的力学性能建立代表性体积单元的拉伸模型。申请公布号为CN112966342A的中国专利申请文件公开了一种含薄膜状亚稳奥氏体的镍系低温钢力学本构参数确定方法，该方法先是通过单相马氏体柱的压缩试验确定其本构参数，然后运用晶体塑性理论比对马氏体-奥氏体双相组织的拉伸实验数据，从而确定亚稳奥氏体相的本构参数。然而，实际上，由于材料微区的试样制备比较困难，限制了等效体积单元法的运用，因此需要借助微观力学建立起多相钢各组织的本构模型，从而模拟材料整体的力学行为。

因此，上述现有技术有待改进。

发明内容

为了解决现有的技术问题，本发明提出了一种介观尺度下多相钢力学性能的仿真方法。

根据本发明的方面，提供一种介观尺度下多相钢力学性能的仿真方法，包括如下步骤：

根据多相钢真实的微观组织构建二维等效体积单元；

基于位错应变硬化理论，建立二维等效体积单元中各相的应力与应变之间关系的本构模型，其中所述二维等效体积单元中各相均为各项同性的弹塑性模型；

建立多相钢的二维等效体积单元的有限元模型，设置边界条件和拉伸位移，开展介观尺度下的有限元模拟，获得多相钢的力学性能。

在本发明的一个实施例中，二维等效体积单元中的相包括马氏体、铁素体和贝氏体。

在本发明的一个实施例中，其中构建二维等效体积单元包括以下步骤：

在多相钢纵截面上取样，经过研磨抛光，用侵蚀剂进行腐蚀，通过金相显微镜拍摄微观组织照片，并将照片打印在纸上；

将打印好的照片放在两张透明的纸之间，用黑色和灰色的彩笔分别将马氏体和贝氏体涂色，铁素体未涂色，随后将涂过色的纸张扫描，并将扫描图片存为tiff格式；