CN111539071A - 一种差厚板晶体塑性本构模型建立方法、系统及电子设备 - Google Patents

一种差厚板晶体塑性本构模型建立方法、系统及电子设备 Download PDF

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CN111539071A CN202010344653.7A CN202010344653A CN111539071A CN 111539071 A CN111539071 A CN 111539071A CN 202010344653 A CN202010344653 A CN 202010344653A CN 111539071 A CN111539071 A CN 111539071A
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Abstract

本发明公开了一种差厚板晶体塑性本构模型建立方法、系统及电子设备，涉及塑性成形领域。该方法包括：S1、获取差厚板在塑性成形过程中全部晶体的受力状态，根据所述受力状态建立差厚板多晶体塑性本构模型；S2、获取材料参数及微观组织分布，通过所述材料参数及所述微观组织分布对所述差厚板多晶体塑性本构模型进行调整并得到调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型；S3、根据调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型对所述差厚板的塑性变形进行模拟预测并得到预测结果。本发明适用于模型建立，能够解决因厚度不均匀而无法普遍适用的问题，达到避免宏观截面厚度差异的效果。

Description

一种差厚板晶体塑性本构模型建立方法、系统及电子设备
技术领域
本发明涉及塑性成形领域，尤其涉及一种差厚板晶体塑性本构模型建立方法、系统及电子设备。
背景技术
厚度分布与实际受力相对应的变厚度轧制差厚板是汽车工业最具发展潜力的轻量化结构用材之一，然而差厚板轧制过程中不同厚度区域所受压下率的不同，导致厚区、薄区和厚度过渡区的加工硬化程度、晶粒形状、晶粒尺寸和晶体择优取向各不相同，相比单一厚度板材，差厚板力学性能和微观结构随变化的截面厚度呈现非均一性，而现有技术中的基于宏观塑性变形基础上构建的材料本构模型不再适用于差厚板的成形，并且基于宏观塑性构建的模型通用性差同时不适用于研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种差厚板晶体塑性本构模型建立方法、系统及电子设备。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种差厚板晶体塑性本构模型建立方法，包括：
S1、获取差厚板在塑性成形过程中全部晶体的受力状态，根据所述受力状态建立差厚板多晶体塑性本构模型；
S2、获取材料参数及微观组织分布，通过所述材料参数及所述微观组织分布对所述差厚板多晶体塑性本构模型进行调整并得到调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型；
S3、根据调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型对所述差厚板的塑性变形进行模拟预测并得到预测结果；
S4、根据所述预测结果对调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型进行验证，验证通过，则，完成所述差厚板多晶体塑性本构模型的建立。
本发明的有益效果是：根据差厚板材料局部塑性相对应的各向异性主要取决于晶粒取向，建立所述差厚板多晶体塑性本构模型，基于该本构模型便于后续的优化过程，得到优化多晶体塑性本构模型，从而便于提高差厚板中塑性变形行为的预测准确度，利用该本构模型对差厚板的塑性变形行为进行预测，得到的预测结果更准确，从细观角度分析微观组织变化对宏观塑性变形的影响，避免了差厚板宏观截面厚度差异对其塑性变形行为的影响，为差厚板塑性变形理论的研究奠定了重要的基础，对差厚板冲压成形技术的发展有着重要的指导意义。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，根据所述受力状态建立差厚板多晶体塑性本构模型，具体为：S11、根据体积平均应力由不同所述晶粒的体积分数和所述晶粒所受的应力来定义；所述差厚板多晶聚合体的应力公式为：
Figure BDA0002469633390000021
其中，
Figure BDA0002469633390000022
是所述体积平均应力，n是所述晶粒的个数，va是第a个所述晶粒的体积分数，Ta是所述第a个所述晶粒的柯西应力；
S12：所述第a个所述晶粒的柯西应力为：
Figure BDA0002469633390000023
其中，N为滑移系个数，C*为瞬时弹性张量，D为变形率张量，且，
Figure BDA0002469633390000031
Bα＝Rα·τ-τ·Rα
Figure BDA0002469633390000032
Figure BDA0002469633390000033
其中，sα为滑移方向的单位向量，nα为滑移系α中滑移面的单位法向量，τ为以中间构形为基准状态的基尔霍夫应力张量，
Figure BDA0002469633390000034
为剪切应变率，
Figure BDA0002469633390000035
为滑移系α中的参考应变速率，τα为滑移系α中的分剪切应力，gα为临界分剪切应力，
Figure BDA0002469633390000036
为特征值运算；
S13、通过所述第a个所述晶粒的柯西应力，计算得到所述差厚板多晶体塑性本构模型，所述差厚板多晶体塑性本构模型的具体公式为：
Figure BDA0002469633390000037
进一步，步骤2具体包括：
S21：选取所述差厚板对应的拉伸试样进行拉伸实验，对所述拉伸实验得出的实验结果进行分析，得到所述差厚板的所述第一材料参数，所述第一材料参数包括：杨氏模量、屈服强度、抗拉强度、硬化指数、强化系数、断裂伸长率及屈强比；
S22：在有限元分析软件abaqus中建立单向拉伸模型，进行模拟与实验的对比来确定相关的所述第二材料参数，所述第二材料参数包括：屈服切应力、硬化比、敏感系数、剪切应变速率、初始硬化率和流动应力饱和值；
S23：通过电子背散射衍射获得所述差厚板的不同厚度区的相关数据，将所述相关数据处理得到极图和ODF图，通过所述极图和所述ODF图中获得所述差厚板的各厚度区的晶体的所述微观组织分布；
S24：通过Matlab中的MPT工具箱，将所述晶体生成多晶体Voronoi图，同时对生成的多边形晶体进行编号，并将所述编号形成文件并将所述文件以txt的形式导出，将所述文件通过Python语言进行编写建模成inp文件，将所述inp文件利用Abaqus的脚本接口构建成草图，通过所述草图完成多晶体几何模型建立；
S25：利用FORTRAN语言规则对所述多晶体几何模型进行编译，将编译后的所述多晶体几何模型放入UMAT中得到差厚板多晶体塑性有限元模型。
进一步，S25之后还包括：
S26、根据所述微观组织分布，所述材料参数对所述得到差厚板多晶体塑性有限元模型进行调整，所述调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型的具体公式为：
Figure BDA0002469633390000041
其中，f(g)为取向g出现的概率，
Figure BDA0002469633390000042
为所述晶体取向的3个欧拉角，所述微观组织分布包括：取向分布、织构类型及占比例。
进一步，所述S4具体包括：
S41：获取所述差厚板对应的弯曲实验试样，对所述弯曲实验试样进行弯曲实验，得到弯曲实验结果；
S42：通过所述差厚板多晶体塑性有限元模型和所述调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型构建弯曲实验模型，对所述弯曲实验模型进行有限元模拟实验，得到弯曲模拟结果；
S43：将所述弯曲模拟结果与所述弯曲实验结果进行对比，得到对比结果，根据所述对比结果对所述预测结果进行验证，若验证通过，则完成所述调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型的建立，若验证不通过，则返回所述S21。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种差厚板晶体塑性本构模型建立系统，包括：
第一获取模块、用于获取差厚板在塑性成形过程中全部晶体的受力状态，根据所述受力状态建立差厚板多晶体塑性本构模型；
第二获取模块、用于获取材料参数及微观组织分布，通过所述材料参数及所述微观组织分布对所述差厚板多晶体塑性本构模型进行调整并得到调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型；
预测模块、用于根据调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型对所述差厚板的塑性变形进行模拟预测并得到预测结果；
验证模块、用于根据所述预测结果对调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型进行验证，验证通过，则，完成所述差厚板多晶体塑性本构模型的建立。
采用上述方案的有益效果：根据差厚板材料局部塑性相对应的各向异性主要取决于晶粒取向，建立所述差厚板多晶体塑性本构模型，基于该本构模型便于后续的优化过程，得到优化多晶体塑性本构模型，从而便于提高差厚板中塑性变形行为的预测准确度，利用该本构模型对差厚板的塑性变形行为进行预测，得到的预测结果更准确，从细观角度分析微观组织变化对宏观塑性变形的影响，避免了差厚板宏观截面厚度差异对其塑性变形行为的影响，为差厚板塑性变形理论的研究奠定了重要的基础，对差厚板冲压成形技术的发展有着重要的指导意义。
进一步，所述第一获取模块具体用于：
根据体积平均应力由不同所述晶粒的体积分数和所述晶粒所受的应力来定义；所述差厚板多晶聚合体的应力公式为：
Figure BDA0002469633390000051
其中，
Figure BDA0002469633390000052
是所述体积平均应力，n是所述晶粒的个数，va是第a个所述晶粒的体积分数，Ta是所述第a个所述晶粒的柯西应力，所述第a个所述晶粒的Cauchy应力为：
Figure BDA0002469633390000053
其中，N为滑移系个数，C*为瞬时弹性张量，D为变形率张量，且，
Figure BDA0002469633390000061
Bα＝Rα·τ-τ·Rα
Figure BDA0002469633390000062
Figure BDA0002469633390000063
其中，sα为滑移方向的单位向量，nα为滑移系α中滑移面的单位法向量，τ为以中间构形为基准状态的基尔霍夫应力张量，
Figure BDA0002469633390000064
为剪切应变率，
Figure BDA0002469633390000065
为滑移系α中的参考应变速率，τα为滑移系α中的分剪切应力，gα为临界分剪切应力，
Figure BDA0002469633390000066
为特征值运算，通过所述第a个所述晶粒的柯西应力，计算得到所述差厚板多晶体塑性本构模型，所述差厚板多晶体塑性本构模型的具体公式为：
Figure BDA0002469633390000067
进一步，所述第二获取模块具体用于：
选取所述差厚板对应的拉伸试样进行拉伸实验，对所述拉伸实验得出的实验结果进行分析，得到所述差厚板的所述第一材料参数，所述第一材料参数包括：杨氏模量、屈服强度、抗拉强度、硬化指数、强化系数、断裂伸长率及屈强比，在有限元分析软件abaqus中建立单向拉伸模型，进行模拟与实验的对比来确定相关的所述第二材料参数，所述第二材料参数包括：屈服切应力、硬化比、敏感系数、剪切应变速率、初始硬化率和流动应力饱和值，通过电子背散射衍射获得所述差厚板的不同厚度区的相关数据，将所述相关数据处理得到极图和ODF图，通过所述极图和所述ODF图中获得所述差厚板的各厚度区的晶体的所述微观组织分布，通过Matlab中的MPT工具箱，将所述晶体生成多晶体Voronoi图，同时对生成的多边形晶体进行编号，并将所述编号形成文件并将所述文件以txt的形式导出，将所述文件通过Python语言进行编写建模成inp文件，将所述inp文件利用Abaqus的脚本接口构建成草图，通过所述草图完成多晶体几何模型建立，利用FORTRAN语言规则对所述多晶体几何模型进行编译，将编译后的所述多晶体几何模型放入UMAT中得到差厚板多晶体塑性有限元模型。
进一步，所述第二获取模块还用于：
根据所述微观组织分布，所述材料参数对所述得到差厚板多晶体塑性有限元模型进行调整，所述调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型的具体公式为：
Figure BDA0002469633390000071
其中，f(g)为取向g出现的概率，
Figure BDA0002469633390000072
为所述晶体取向的3个欧拉角，所述微观组织分布包括：取向分布、织构类型及占比例。
进一步，所述验证模块具体用于：
获取所述差厚板对应的弯曲实验试样，对所述弯曲实验试样进行弯曲实验，得到弯曲实验结果，通过所述差厚板多晶体塑性有限元模型和所述调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型构建弯曲实验模型，对所述弯曲实验模型进行有限元模拟实验，得到弯曲模拟结果，将所述弯曲模拟结果与所述弯曲实验结果进行对比，得到对比结果，根据所述对比结果对所述预测结果进行验证，若验证通过，则完成所述调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型的建立，若验证不通过，则返回所述第二获取模块。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述任一方案的一种差厚板多晶体塑性本构模型建立的步骤。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为本发明一种差厚板多晶体塑性本构模型建立方法的实施例提供的流程示意图；
图2为本发明一种差厚板多晶体塑性本构模型建立系统的实施例提供的结构框架图；
图3为本发明一种差厚板多晶体塑性本构模型建立方法的实施例提供的拉伸试样尺寸图；
图4为本发明一种差厚板多晶体塑性本构模型建立方法的实施例提供的单向拉伸实验与模拟对比图；
图5为本发明一种差厚板多晶体塑性本构模型建立方法的实施例提供的过渡区晶界取向差角分布图；
图6为本发明一种差厚板多晶体塑性本构模型建立方法的实施例提供的晶体模型子程序计算流程；
图7为本发明一种差厚板多晶体塑性本构模型建立方法的实施例提供的弯曲件回弹角实验与模拟的结果对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种差厚板多晶体塑性本构模型建立方法的实施例提供的流程示意图包括：
S1、获取差厚板在塑性成形过程中全部晶体的受力状态，根据受力状态建立差厚板多晶体塑性本构模型；
S2、获取材料参数及微观组织分布，通过材料参数及微观组织分布对差厚板多晶体塑性本构模型进行调整并得到调整后的差厚板多晶体塑性本构模型；
S3、根据调整后的差厚板多晶体塑性本构模型对差厚板的塑性变形进行模拟预测并得到预测结果；
S4、根据预测结果对调整后的差厚板多晶体塑性本构模型进行验证，验证通过，则，完成差厚板多晶体塑性本构模型的建立。
根据差厚板材料局部塑性相对应的各向异性主要取决于晶粒取向，建立所述差厚板多晶体塑性本构模型，基于该本构模型便于后续的优化过程，得到优化多晶体塑性本构模型，从而便于提高差厚板中塑性变形行为的预测准确度，利用该本构模型对差厚板的塑性变形行为进行预测，得到的预测结果更准确，从细观角度分析微观组织变化对宏观塑性变形的影响，避免了差厚板宏观截面厚度差异对其塑性变形行为的影响，为差厚板塑性变形理论的研究奠定了重要的基础，对差厚板冲压成形技术的发展有着重要的指导意义。
需要注意的是，利用EBSD技术从细观角度分析微观组织变化对宏观塑性变形的影响，避免了差厚板宏观截面厚度差异对其塑性变形行为的影响。本实施例所用板料为CR340轧制差厚板，步骤如下：
1)差厚板尺寸如图3所示，在INSTRON电子万能拉伸试验机上对其进行单向拉伸实验，分析得到相应的材料参数如表1所示，
Figure BDA0002469633390000091
表1
在abaqus中建立单向拉伸模型，通过反复模拟，得到的应力应变曲线和实验结果对比见图4，通过比较模拟和拉伸实验中的应力应变曲线，获得符合实验数据的材料参数见表2。
Figure BDA0002469633390000101
表2
2)对差厚板进行EBSD测试获得差厚板过渡区晶界取向差角分布如图4所示，EBSD数据经过处理后得到的极图和ODF图，结果表明，差厚板过渡区存在明显的择优取向，即经轧制而成的差厚板过渡区形成了织构。根据ODF图，并通过软件处理分析，差厚板过渡区的织构及所占比例如表3所示；
Figure BDA0002469633390000102
表3
3)将Abaqus与Matlab和Python的联用，利用Matlab中MPT工具箱，生成多晶体Voronoi图，同时对生成多边形晶粒进行编号，以txt文件的形式导出，通过Python语言编写建模inp文件，最后利用Abaqus专门的脚本接口构建草图，以点成线、线成面和面成体的方式完成多晶体几何模型的建立。利用FORTRAN语言规则编译差厚板多晶体塑性本构模型，具体书写格式如图7所示，进而在用户子程序UMAT中实现差厚板多晶体塑性有限元模型的建立，Abaqus在进行计算时，间载荷分为n步，每一步都当作静态加载。在每个增量步开始时，每个单元的应力、应变和其它状态变量被传递给UMAT，然后通过Kalidindi全隐式积分方案和牛顿迭代法，直至收敛。求解完成后，可以得到每个增量步结束时的各场变量，这些变量作为下一个增量步的初始值。如此循环，直至加载结束。多晶体塑性模型UMAT子程序的计算流程如图6所示。
4)为了验证该本构模型是否合理，利用有限元软件ABAQUS创建弯曲试样模型。回弹是影响弯曲工艺质量的重要因素之一，回弹角计算公式为：
Δα＝α'-α
其中α为卸载前弯曲角即模具夹角，α'为下载后弯曲角。回弹角越大，表明材料不均匀变形显著，本发明通过回弹角表征差厚板的塑性变形行为。对其弯曲回弹进行实验和模拟的对比，如图7所示。本发明建立的晶体塑性本构模型模拟的回弹值和实验结果相吻合，表明本发明建立的晶体塑性本构模型的准确性和可靠性.
优选地，在上述任意实施例中，根据受力状态建立差厚板多晶体塑性本构模型，具体为：
S11、根据体积平均应力由不同所述晶粒的体积分数和晶粒所受的应力来定义；差厚板多晶聚合体的应力公式为：
Figure BDA0002469633390000111
其中，
Figure BDA0002469633390000112
是体积平均应力，n是晶粒的个数，va是第a个晶粒的体积分数，Ta是第a个晶粒的柯西应力；
S12：第a个晶粒的柯西应力为：
Figure BDA0002469633390000113
其中，N为滑移系个数，C*为瞬时弹性张量，D为变形率张量，且，
Figure BDA0002469633390000114
Bα＝Rα·τ-τ·Rα
Figure BDA0002469633390000115
Figure BDA0002469633390000121
其中，sα为滑移方向的单位向量，nα为滑移系α中滑移面的单位法向量，τ为以中间构形为基准状态的基尔霍夫应力张量，
Figure BDA0002469633390000122
为剪切应变率，
Figure BDA0002469633390000123
为滑移系α中的参考应变速率，τα为滑移系α中的分剪切应力，gα为临界分剪切应力，
Figure BDA0002469633390000124
为特征值运算；
S13、通过第a个所述晶粒的柯西应力，计算得到差厚板多晶体塑性本构模型，差厚板多晶体塑性本构模型的具体公式为：
Figure BDA0002469633390000125
优选地，在上述任意实施例中，S2具体包括：
S21：选取差厚板对应的拉伸试样进行拉伸实验，对拉伸实验得出的实验结果进行分析，得到差厚板的所述第一材料参数，第一材料参数包括：杨氏模量、屈服强度、抗拉强度、硬化指数、强化系数、断裂伸长率及屈强比；
S22：在有限元分析软件abaqus中建立单向拉伸模型，进行模拟与实验的对比来确定相关的第二材料参数，第二材料参数包括：屈服切应力、硬化比、敏感系数、剪切应变速率、初始硬化率和流动应力饱和值；
S23：通过电子背散射衍射获得差厚板的不同厚度区的相关数据，将相关数据处理得到极图和ODF图，通过极图和所述ODF图中获得差厚板的各厚度区的晶体的微观组织分布；
S24：通过Matlab中的MPT工具箱，将晶体生成多晶体Voronoi图，同时对生成的多边形晶体进行编号，并将编号形成文件并将文件以txt的形式导出，将文件通过Python语言进行编写建模成inp文件，将inp文件利用Abaqus的脚本接口构建成草图，通过草图完成多晶体几何模型建立；
S25：利用FORTRAN语言规则对所述多晶体几何模型进行编译，将编译后的多晶体几何模型放入UMAT中得到差厚板多晶体塑性有限元模型。
优选地，在上述任意实施例中，S25之后还包括：
S26、根据微观组织分布，材料参数对得到差厚板多晶体塑性有限元模型进行调整，所述调整后的差厚板多晶体塑性本构模型的具体公式为：
Figure BDA0002469633390000131
其中，f(g)为取向g出现的概率，
Figure BDA0002469633390000132
为晶体取向的3个欧拉角，微观组织分布包括：取向分布、织构类型及占比例。
优选地，在上述任意实施例中，所述S4具体包括：
S41：获取差厚板对应的弯曲实验试样，对弯曲实验试样进行弯曲实验，得到弯曲实验结果；
S42：通过差厚板多晶体塑性有限元模型和调整后的差厚板多晶体塑性本构模型构建弯曲实验模型，对弯曲实验模型进行有限元模拟实验，得到弯曲模拟结果；
S43：将弯曲模拟结果与弯曲实验结果进行对比，得到对比结果，根据对比结果对预测结果进行验证，若验证通过，则完成调整后的差厚板多晶体塑性本构模型的建立，若验证不通过，则返回所述S21。
如图2所示，一种差厚板多晶体塑性本构模型建立系统的实施例提供的结构框架图，包括：
第一获取模块100、用于获取差厚板在塑性成形过程中全部晶体的受力状态，根据受力状态建立差厚板多晶体塑性本构模型；
第二获取模块200、用于获取材料参数及微观组织分布，通过材料参数及微观组织分布对差厚板多晶体塑性本构模型进行调整并得到调整后的差厚板多晶体塑性本构模型；
预测模块300、用于根据调整后的差厚板多晶体塑性本构模型对差厚板的塑性变形进行模拟预测并得到预测结果；
验证模块400、用于根据预测结果对调整后的差厚板多晶体塑性本构模型进行验证，验证通过，则，完成差厚板多晶体塑性本构模型的建立。
根据差厚板材料局部塑性相对应的各向异性主要取决于晶粒取向，建立所述差厚板多晶体塑性本构模型，基于该本构模型便于后续的优化过程，得到优化多晶体塑性本构模型，从而便于提高差厚板中塑性变形行为的预测准确度，利用该本构模型对差厚板的塑性变形行为进行预测，得到的预测结果更准确，从细观角度分析微观组织变化对宏观塑性变形的影响，避免了差厚板宏观截面厚度差异对其塑性变形行为的影响，为差厚板塑性变形理论的研究奠定了重要的基础，对差厚板冲压成形技术的发展有着重要的指导意义。
需要注意的是，
优选地，在上述任意实施例中，第一获取模块具体用于：
根据体积平均应力由不同所述晶粒的体积分数和晶粒所受的应力来定义；差厚板多晶聚合体的应力公式为：
Figure BDA0002469633390000141
其中，
Figure BDA0002469633390000142
是体积平均应力，n是晶粒的个数，va是第a个所述晶粒的体积分数，Ta是第a个所述晶粒的柯西应力，第a个所述晶粒的柯西应力为：
Figure BDA0002469633390000143
其中，N为滑移系个数，C*为瞬时弹性张量，D为变形率张量，且，
Figure BDA0002469633390000144
Bα＝Rα·τ-τ·Rα
Figure BDA0002469633390000145
Figure BDA0002469633390000146
其中，sα为滑移方向的单位向量，nα为滑移系α中滑移面的单位法向量，τ为以中间构形为基准状态的基尔霍夫应力张量，
Figure BDA0002469633390000147
为剪切应变率，
Figure BDA0002469633390000148
为滑移系α中的参考应变速率，τα为滑移系α中的分剪切应力，gα为临界分剪切应力，
Figure BDA0002469633390000151
为特征值运算，通过第a个晶粒的柯西应力，计算得到差厚板多晶体塑性本构模型，差厚板多晶体塑性本构模型的具体公式为：
Figure BDA0002469633390000152
优选地，在上述任意实施例中，第二获取模块具体用于：
选取差厚板对应的拉伸试样进行拉伸实验，对拉伸实验得出的实验结果进行分析，得到差厚板的所述第一材料参数，第一材料参数包括：杨氏模量、屈服强度、抗拉强度、硬化指数、强化系数、断裂伸长率及屈强比，在有限元分析软件abaqus中建立单向拉伸模型，进行模拟与实验的对比来确定相关的第二材料参数，第二材料参数包括：屈服切应力、硬化比、敏感系数、剪切应变速率、初始硬化率和流动应力饱和值，通过电子背散射衍射获得差厚板的不同厚度区的相关数据，将相关数据处理得到极图和ODF图，通过极图和所述ODF图中获得差厚板的各厚度区的晶体的微观组织分布，通过Matlab中的MPT工具箱，将晶体生成多晶体Voronoi图，同时对生成的多边形晶体进行编号，并将编号形成文件并将文件以txt的形式导出，将文件通过Python语言进行编写建模成inp文件，将inp文件利用Abaqus的脚本接口构建成草图，通过草图完成多晶体几何模型建立，利用FORTRAN语言规则对多晶体几何模型进行编译，将编译后的多晶体几何模型放入UMAT中得到差厚板多晶体塑性有限元模型。
优选地，在上述任意实施例中，第二获取模块还用于：
根据微观组织分布，材料参数对得到差厚板多晶体塑性有限元模型进行调整，调整后的差厚板多晶体塑性本构模型的具体公式为：
Figure BDA0002469633390000153
其中，f(g)为取向g出现的概率，
Figure BDA0002469633390000154
为晶体取向的3个欧拉角，微观组织分布包括：取向分布、织构类型及占比例。
优选地，在上述任意实施例中，验证模块具体用于：
获取差厚板对应的弯曲实验试样，对弯曲实验试样进行弯曲实验，得到弯曲实验结果，通过差厚板多晶体塑性有限元模型和调整后的差厚板多晶体塑性本构模型构建弯曲实验模型，对弯曲实验模型进行有限元模拟实验，得到弯曲模拟结果，将弯曲模拟结果与弯曲实验结果进行对比，得到对比结果，根据对比结果对预测结果进行验证，若验证通过，则完成调整后的差厚板多晶体塑性本构模型的建立，若验证不通过，则返回第二获取模块。
本发明实施例的一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述任一实施例的一种差厚板多晶体塑性本构模型建立的步骤。
需要注意的是，其中电子设备可以选用电脑、手机等，相对应的，其程序为电脑软件或手机APP等。
需要说明的是，上述各实施例是与在先方法实施例对应的产品实施例，对于产品实施例中各可选实施方式的说明可以参考上述各方法实施例中的对应说明，在此不再赘述。
上述方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种差厚板晶体塑性本构模型建立方法，其特征在于，包括：
S1、获取差厚板在塑性成形过程中全部晶体的受力状态，根据所述受力状态建立差厚板多晶体塑性本构模型；
S2、获取材料参数及微观组织分布，通过所述材料参数及所述微观组织分布对所述差厚板多晶体塑性本构模型进行调整并得到调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型；
S3、根据调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型对所述差厚板的塑性变形进行模拟预测并得到预测结果；
S4、根据所述预测结果对调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型进行验证，验证通过，则，完成所述差厚板多晶体塑性本构模型的建立。
2.根据权利要求1所述的一种差厚板晶体塑性本构模型建立方法，其特征在于，根据所述受力状态建立差厚板多晶体塑性本构模型，具体为：
S11、根据体积平均应力由不同所述晶粒的体积分数和所述晶粒所受的应力来定义；所述差厚板多晶聚合体的应力公式为：
Figure FDA0002469633380000011
其中，
Figure FDA0002469633380000012
是所述体积平均应力，n是所述晶粒的个数，va是第a个所述晶粒的体积分数，Ta是所述第a个所述晶粒的柯西应力；
S12：所述第a个所述晶粒的柯西应力为：
Figure FDA0002469633380000013
其中，N为滑移系个数，C*为瞬时弹性张量，D为变形率张量，且，
Figure FDA0002469633380000014
Bα＝Rα·τ-τ·Rα
Figure FDA0002469633380000015
Figure FDA0002469633380000021
其中，sα为滑移方向的单位向量，nα为滑移系α中滑移面的单位法向量，τ为以中间构形为基准状态的基尔霍夫应力张量，
Figure FDA0002469633380000022
为剪切应变率，
Figure FDA0002469633380000023
为滑移系α中的参考应变速率，τα为滑移系α中的分剪切应力，gα为临界分剪切应力，
Figure FDA0002469633380000024
为特征值运算；
S13、通过所述第a个所述晶粒的柯西应力，计算得到所述差厚板多晶体塑性本构模型，所述差厚板多晶体塑性本构模型的具体公式为：
Figure FDA0002469633380000025
3.根据权利要求1所述的一种差厚板晶体塑性本构模型建立方法，其特征在于，S2具体包括：
S21：选取所述差厚板对应的拉伸试样进行拉伸实验，对所述拉伸实验得出的实验结果进行分析，得到所述差厚板的所述第一材料参数，所述第一材料参数包括：杨氏模量、屈服强度、抗拉强度、硬化指数、强化系数、断裂伸长率及屈强比；
S22：在有限元分析软件abaqus中建立单向拉伸模型，进行模拟与实验的对比来确定相关的所述第二材料参数，所述第二材料参数包括：屈服切应力、硬化比、敏感系数、剪切应变速率、初始硬化率和流动应力饱和值；
S23：通过电子背散射衍射获得所述差厚板的不同厚度区的相关数据，将所述相关数据处理得到极图和ODF图，通过所述极图和所述ODF图中获得所述差厚板的各厚度区的晶体的所述微观组织分布；
S24：通过Matlab中的MPT工具箱，将所述晶体生成多晶体Voronoi图，同时对生成的多边形晶体进行编号，并将所述编号形成文件并将所述文件以txt的形式导出，将所述文件通过Python语言进行编写建模成inp文件，将所述inp文件利用Abaqus的脚本接口构建成草图，通过所述草图完成多晶体几何模型建立；
S25：利用FORTRAN语言规则对所述多晶体几何模型进行编译，将编译后的所述多晶体几何模型放入UMAT中得到差厚板多晶体塑性有限元模型。
4.根据权利要求3所述的一种差厚板晶体塑性本构模型建立方法，其特征在于，S25之后还包括：
S26、根据所述微观组织分布，所述材料参数对所述得到差厚板多晶体塑性有限元模型进行调整，所述调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型的具体公式为：
Figure FDA0002469633380000031
其中，f(g)为取向g出现的概率，
Figure FDA0002469633380000032
为所述晶体取向的3个欧拉角，所述微观组织分布包括：取向分布、织构类型及占比例。
5.根据权利要求4所述的一种差厚板晶体塑性本构模型建立方法，其特征在于，所述S4具体包括：
S41：获取所述差厚板对应的弯曲实验试样，对所述弯曲实验试样进行弯曲实验，得到弯曲实验结果；
S42：通过所述差厚板多晶体塑性有限元模型和所述调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型构建弯曲实验模型，对所述弯曲实验模型进行有限元模拟实验，得到弯曲模拟结果；
S43：将所述弯曲模拟结果与所述弯曲实验结果进行对比，得到对比结果，根据所述对比结果对所述预测结果进行验证，若验证通过，则完成所述调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型的建立，若验证不通过，则返回所述S21。
6.一种差厚板晶体塑性本构模型建立系统，其特征在于，包括：
第一获取模块、用于获取差厚板在塑性成形过程中全部晶体的受力状态，根据所述受力状态建立差厚板多晶体塑性本构模型；
第二获取模块、用于获取材料参数及微观组织分布，通过所述材料参数及所述微观组织分布对所述差厚板多晶体塑性本构模型进行调整并得到调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型；
预测模块、用于根据调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型对所述差厚板的塑性变形进行模拟预测并得到预测结果；
验证模块、用于根据所述预测结果对调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型进行验证，验证通过，则，完成所述差厚板多晶体塑性本构模型的建立。
7.根据权利要求6所述的一种差厚板晶体塑性本构模型建立系统，其特征在于，所述第一获取模块具体用于：
根据体积平均应力由不同所述晶粒的体积分数和所述晶粒所受的应力来定义；所述差厚板多晶聚合体的应力公式为：
Figure FDA0002469633380000041
其中，
Figure FDA0002469633380000042
是所述体积平均应力，n是所述晶粒的个数，va是第a个所述晶粒的体积分数，Ta是所述第a个所述晶粒的柯西应力，所述第a个所述晶粒的Cauchy应力为：
Figure FDA0002469633380000043
其中，N为滑移系个数，C*为瞬时弹性张量，D为变形率张量，且，
Figure FDA0002469633380000044
Bα＝Rα·τ-τ·Rα
Figure FDA0002469633380000045
Figure FDA0002469633380000046
其中，sα为滑移方向的单位向量，nα为滑移系α中滑移面的单位法向量，τ为以中间构形为基准状态的基尔霍夫应力张量，
Figure FDA0002469633380000047
为剪切应变率，
Figure FDA0002469633380000048
为滑移系α中的参考应变速率，τα为滑移系α中的分剪切应力，gα为临界分剪切应力，
Figure FDA0002469633380000051
为特征值运算，通过所述第a个所述晶粒的柯西应力，计算得到所述差厚板多晶体塑性本构模型，所述差厚板多晶体塑性本构模型的具体公式为：
Figure FDA0002469633380000052
8.根据权利要求6所述的一种差厚板晶体塑性本构模型建立系统，其特征在于，所述第二获取模块具体用于：
选取所述差厚板对应的拉伸试样进行拉伸实验，对所述拉伸实验得出的实验结果进行分析，得到所述差厚板的所述第一材料参数，所述第一材料参数包括：杨氏模量、屈服强度、抗拉强度、硬化指数、强化系数、断裂伸长率及屈强比，在有限元分析软件abaqus中建立单向拉伸模型，进行模拟与实验的对比来确定相关的所述第二材料参数，所述第二材料参数包括：屈服切应力、硬化比、敏感系数、剪切应变速率、初始硬化率和流动应力饱和值，通过电子背散射衍射获得所述差厚板的不同厚度区的相关数据，将所述相关数据处理得到极图和ODF图，通过所述极图和所述ODF图中获得所述差厚板的各厚度区的晶体的所述微观组织分布，通过Matlab中的MPT工具箱，将所述晶体生成多晶体Voronoi图，同时对生成的多边形晶体进行编号，并将所述编号形成文件并将所述文件以txt的形式导出，将所述文件通过Python语言进行编写建模成inp文件，将所述inp文件利用Abaqus的脚本接口构建成草图，通过所述草图完成多晶体几何模型建立，利用FORTRAN语言规则对所述多晶体几何模型进行编译，将编译后的所述多晶体几何模型放入UMAT中得到差厚板多晶体塑性有限元模型。
9.据权利要求8所述的一种差厚板晶体塑性本构模型建立系统，其特征在于，所述第二获取模块还用于：
根据所述微观组织分布，所述材料参数对所述得到差厚板多晶体塑性有限元模型进行调整，所述调整后的所述差厚板多晶体塑性本构模型的具体公式为：
Figure FDA0002469633380000061
其中，f(g)为取向g出现的概率，
Figure FDA0002469633380000062
为所述晶体取向的3个欧拉角，所述微观组织分布包括：取向分布、织构类型及占比例。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一项所述的一种差厚板多晶体塑性本构模型建立的步骤。
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