一种介观本构模型的仿真方法、装置、设备及存储介质

本发明涉及晶体模型构建，尤其涉及一种介观本构模型的仿真方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、目前单一的材料已经难以满足人们的工业需求，因此研发新材料和提升材料的综合性能是当务之急。单纯地利用传统的经验法和试错法进行材料探究，会消耗大量的时间、人力、物力和财力。近年来，计算机技术得到了快速发展，利用计算机软件进行建模仿真和数值模拟为材料研究提供了方法。计算机建模仿真与实验相结合的方法，可以有效减少实验次数，节约资源，提高效率。

2、现有技术中，一般将晶体塑性学与有限元法相结合来构建介观本构模型，结合了有限元法求解复杂边界问题的能力和晶体塑性法考虑微观组织和变形机制的能力，是一种强大的模拟工具，已经广泛的用于模拟材料的微观结构和各种力学响应，并且越来越被材料界和力学界的研究者所重视。

3、但是，现有技术中的方法建立的介观本构模型无法同时做到控制计算收敛过程与求解模型中所需要的关键变量，没有同时考虑到位错密度与滑移率演化对模型的影响，导致构建的模型难以满足实际需要。

技术实现思路

1、有鉴于此，有必要提供一种介观本构模型的仿真方法、装置、设备及存储介质，用以解决现有技术中建立的介观本构模型无法同时做到控制计算收敛过程与求解模型中所需要的关键变量，没有同时考虑到位错密度与滑移率演化对模型的影响的问题。

2、为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种介观本构模型的仿真方法，包括：

4、将唯象型动态晶体塑性模型与物理型动态晶体塑性模型结合并加入基于剪切应变率的损伤演化机制，建立力—损伤耦合模型；

5、基于唯象型动态晶体塑性模型，对力—损伤耦合模型中的预设参数的演化过程进行改进；

6、引入基于位错密度演化描述滑移面状态的物理型模型，构建介观本构并联模型；

7、基于预设程序和预设仿真软件，对介观本构并联模型进行仿真验证。

8、在一些可能的实现方式中，力—损伤耦合模型为：

9、

10、其中，d是拉伸张量，n表示滑移系数量，α表示滑移系序号，de为拉伸变形张量的弹性部分，c为瞬时的4阶弹性模量张量，r旋转张量，rα为某滑移系的旋转率张量，τ滑移系受到的分切应力，为滑移系的滑移应变率，为初始构型的柯西应力张量的jaumann的导数。

11、在一些可能的实现方式中，基于唯象型动态晶体塑性模型，对力—损伤耦合模型中的预设参数的演化过程进行改进，包括：

12、基于唯象型动态晶体塑性模型的流动准则和硬化方程，对滑移系的滑移应变率进行演化；

13、基于改进的硬化方程，对硬化模量进行演化。

14、在一些可能的实现方式中，基于唯象型动态晶体塑性模型的流动准则和硬化方程，对滑移系的滑移应变率进行演化的步骤中，采用如下公式进行演化：

15、

16、

17、其中，参考剪切应变率即参考滑移率，τα滑移系α上的切应力，gα滑移系α上的临界切应力(强度)即滑移阻力，n应变率敏感指数。

18、在一些可能的实现方式中，在基于改进的硬化方程，对硬化模量进行演化的步骤中，采用如下公式进行演化：

19、

20、

21、hαβ＝hαα[q+(1-q)δαβ]；

22、其中，应变速率，参考应变速1/s，m应变速率灵敏系数，r气体常数8.314x10e6mj/mol*k,t成形温度，q热激活能，q自硬化与潜硬化效应比值，δαβ为kronecker符号，h0为初始硬化模量，γ切应变总量即所有滑移系的滑移总量，gs饱和滑移阻力。

23、在一些可能的实现方式中，引入基于位错密度演化描述滑移面状态的物理型模型，构建介观本构并联模型，包括：

24、引入基于位错密度演化描述滑移面状态的物理型模型计算剪切模量；

25、通过唯象型动态晶体塑性模型控制计算的收敛过程；

26、基于唯象型动态晶体塑性模型和物理型动态晶体塑性模型，构建非线性方程组求解预设物理变量。

27、在一些可能的实现方式中，基于预设程序和预设仿真软件，对介观本构并联模型进行仿真验证，包括：

28、通过预设仿真软件进行介观本构并联模型的建模和网格划分；

29、通过预设仿真软件运行预设程序进行计算，对计算结果进行数据分析。

30、第二方面，本发明还提供了一种介观本构模型的仿真装置，包括：

31、耦合模块，用于将唯象型动态晶体塑性模型与物理型动态晶体塑性模型结合并加入基于剪切应变率的损伤演化机制，建立力—损伤耦合模型；

32、演化模块，用于基于唯象型动态晶体塑性模型，对力—损伤耦合模型中的预设参数的演化过程进行改进；

33、构建模块，用于引入基于位错密度演化描述滑移面状态的物理型模型，构建介观本构并联模型；

34、仿真模块，用于基于预设程序和预设仿真软件，对介观本构并联模型进行仿真验证。

35、第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，其中，

36、存储器，用于存储程序；

37、处理器，与存储器耦合，用于执行存储器中存储的程序，以实现上述任一种实现方式中的介观本构模型的仿真方法中的步骤。

38、第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机可读取的程序或指令，程序或指令被处理器执行时，能够实现上述任一种实现方式中的介观本构模型的仿真方法中的步骤。

39、采用上述实施例的有益效果是：本发明涉及一种介观本构模型的仿真方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：将唯象型动态晶体塑性模型与物理型动态晶体塑性模型结合并加入基于剪切应变率的损伤演化机制，建立力—损伤耦合模型；基于所述唯象型动态晶体塑性模型，对所述力—损伤耦合模型中的预设参数的演化过程进行改进；引入基于位错密度演化描述滑移面状态的物理型模型，构建介观本构并联模型；基于预设程序和预设仿真软件，对所述介观本构并联模型进行仿真验证。本发明涉及一种介观本构模型的仿真方法、装置、设备及存储介质，建立了力—损伤耦合模型，耦合了唯象型动态晶体塑性模型与物理型动态晶体塑性模型，并引入了位错密度演化描述滑移面状态的物理型模型，最终构建了介观本构并联模型，实现了同时进行控制计算收敛过程与求解模型中所需要的关键变量，考虑了位错密度与滑移率演化对模型的影响。

技术特征：

1.一种介观本构模型的仿真方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的介观本构模型的仿真方法，其特征在于，所述力—损伤耦合模型为：

3.根据权利要求2所述的介观本构模型的仿真方法，其特征在于，所述基于所述唯象型动态晶体塑性模型，对所述力—损伤耦合模型中的预设参数的演化过程进行改进，包括：

4.根据权利要求3所述的介观本构模型的仿真方法，其特征在于，基于所述唯象型动态晶体塑性模型的流动准则和硬化方程，对滑移系的滑移应变率进行演化的步骤中，采用如下公式进行演化：

5.根据权利要求3所述的介观本构模型的仿真方法，其特征在于，在基于改进的硬化方程，对硬化模量进行演化的步骤中，采用如下公式进行演化：

6.根据权利要求1所述的介观本构模型的仿真方法，其特征在于，所述引入基于位错密度演化描述滑移面状态的物理型模型，构建介观本构并联模型，包括：

7.根据权利要求1所述的介观本构模型的仿真方法，其特征在于，所述基于预设程序和预设仿真软件，对所述介观本构并联模型进行仿真验证，包括：

8.一种介观本构模型的仿真装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，其中，

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机可读取的程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时，能够实现上述权利要求1至7中任一项所述介观本构模型的仿真方法中的步骤。

技术总结
本发明涉及一种介观本构模型的仿真方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：将唯象型动态晶体塑性模型与物理型动态晶体塑性模型结合并加入基于剪切应变率的损伤演化机制，建立力—损伤耦合模型；基于所述唯象型动态晶体塑性模型，对所述力—损伤耦合模型中的预设参数的演化过程进行改进；引入基于位错密度演化描述滑移面状态的物理型模型，构建介观本构并联模型；基于预设程序和预设仿真软件，对所述介观本构并联模型进行仿真验证。本发明涉及一种介观本构模型的仿真方法、装置、设备及存储介质，通过构建的介观本构并联模型，可以同时做到控制计算收敛过程与求解模型中所需要的关键变量，考虑了位错密度与滑移率演化对模型的影响。

技术研发人员：胡志力,张栋,吉伟成
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13