一种基于晶粒界面跳变量的多晶合金内应力仿真方法与流程

本发明属于应力仿真，尤其涉及一种基于晶粒界面跳变量的多晶合金内应力仿真方法。

背景技术：

1、在多晶合金材料的加工和使用过程中，内应力的大小往往是影响材料破坏或失效的关键因素。多晶材料的内应力受其晶粒在空间的分布和各晶粒的朝向等的影响，分布相当复杂。采用数值模拟技术对多晶材料内应力进行仿真需要考虑各晶粒在空间的分布情况。现有方法包括在有限元框架下结合模糊界面方法、扩展有限元技术在有限元框架下结合水平集等清晰界面方法实现内应力仿真。

2、在有限元框架下结合模糊界面方法开展内应力仿真需要在晶粒之间的界面附近采用加密的网格，计算量大且实现方法相对复杂。

3、扩展有限元技术在有限元框架下结合水平集等清晰界面方法引入例如变形量的跳变函数等强化函数能够在一定程度上避免网格加密，但这种改进形函数的做法实现复杂，进一步改进以达到较高的精度存在困难。

4、综上，采用现有方法，其存在以下问题：

5、在有限元框架下的内应力仿真不能保证应力的完全平衡，在计算精度较低的情形下可能在应力的平衡中引入较大偏差。

技术实现思路

1、为了解决现有仿真技术中存在不能保证应力完全平衡导致计算精度低的问题，本发明提供一种基于晶粒界面跳变量的多晶合金内应力仿真方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、本发明提供一种基于晶粒界面跳变量的多晶合金内应力仿真方法，包括以下步骤：

4、对待仿真材料进行划分，得到至少两个单元体，每个所述单元体的形状为凸多面体，所述单元体的各个面为单元面，单元面包括内单元面和外单元面，所述内单元面为相邻两个单元体共有的单元面，所述外单元面为只属于一个单元体的单元面；

5、确定出所述待仿真材料中的晶粒的类型；

6、根据晶粒在空间中的分布情况确定出各单元体中各个类型晶粒的体积分数；

7、对各单元体的平均位移进行初始化并对所述外单元面的边界条件进行设置；

8、对每个单元体，统计该单元体和通过内单元面与该单元体相邻的单元体中所有晶粒类型的体积分数和，当体积分数和大于0的晶粒类型数量等于2时，将该单元体筛分为标记单元体；当体积分数和大于0的晶粒类型数量不等于2时，将该该单元体筛分为非标记单元体；

9、对每个标记单元体，根据该单元体平均位移、与该单元体相邻单元体的平均位移和该单元体沿晶粒边界面法向的应力平衡关系计算每个标记单元体的待迭代应力；

10、计算每个非标记单元体的应力；

11、基于标记单元体的待迭代应力、非标记单元体的待迭代应力并根据有限体积法中计算散度项的方法对每个单元体的应力平衡方程进行迭代求解，得到标记单元体的应力和非标记单元体的应力；

12、根据每个标记单元体的应力和每个非标记单元体的应力计算得到待仿真材料的应力。

13、本发明的有益效果：

14、本发明在有限体积法框架下基于对晶粒界面应变跳变量的求解开展多晶内应力仿真，利用守恒方程描述晶粒界面附近的应力平衡问题，其仿真精度高。

1.一种基于晶粒界面跳变量的多晶合金内应力仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于晶粒界面跳变量的多晶合金内应力仿真方法，其特征在于,所述得到至少两个单元体之后还包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于晶粒界面跳变量的多晶合金内应力仿真方法，其特征在于,所述外单元面的边界条件包括固定应变或者固定位移，

4.根据权利要求1所述的一种基于晶粒界面跳变量的多晶合金内应力仿真方法，其特征在于,所述对每个标记单元体，根据该单元体平均位移、与该单元体相邻单元体的平均位移和该单元体沿晶粒边界面法向的应力平衡关系计算每个标记单元体的待迭代应力，包括：

5.根据权利要求4所述的一种基于晶粒界面跳变量的多晶合金内应力仿真方法，其特征在于,所述根据标记单元体中沿晶粒边界面法向的应力平衡关系计算得到第一标记单元体中应变的跳变量，包括：

6.根据权利要求5所述的一种基于晶粒界面跳变量的多晶合金内应力仿真方法，其特征在于,所述第一线性函数为：

7.根据权利要求6所述的一种基于晶粒界面跳变量的多晶合金内应力仿真方法，其特征在于,所述第三线性函数为：

8.根据权利要求7所述的一种基于晶粒界面跳变量的多晶合金内应力仿真方法，其特征在于,所述基于标记单元体中沿晶粒边界面法向的应力平衡关系并根据弹塑性模型和分界面的法向量计算得到第一标记单元体中应变的跳变量，包括：

9.根据权利要求1所述的一种基于晶粒界面跳变量的多晶合金内应力仿真方法，其特征在于,所述计算每个非标记单元体的应力为：

10.根据权利要求1所述的一种基于晶粒界面跳变量的多晶合金内应力仿真方法，其特征在于,所述基于标记单元体的待迭代应力、非标记单元体的待迭代应力并根据有限体积法中计算散度项的方法对每个单元体的应力平衡方程进行迭代求解包括：