CN117473822A - 单晶构件晶体取向偏差角度计算方法及计算装置 - Google Patents

单晶构件晶体取向偏差角度计算方法及计算装置 Download PDF

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CN117473822A CN202311415824.0A CN202311415824A CN117473822A CN 117473822 A CN117473822 A CN 117473822A CN 202311415824 A CN202311415824 A CN 202311415824A CN 117473822 A CN117473822 A CN 117473822A
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李海涛
李磊
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Abstract

本公开提供一种单晶构件晶体取向偏差角度计算方法及计算装置。单晶构件的晶胞包括一次枝晶干和二次枝晶干，该方法包括：建立三维直角坐标系，三维直角坐标系包括相互垂直的X轴、Y轴及Z轴；定义一次枝晶干方向单位向量与一次枝晶干方向单位向量在Y轴及Z轴构成的平面上的投影之间的第一夹角、一次枝晶干方向单位向量在Y轴及Z轴构成的平面上的投影与X轴和Z轴构成的平面之间的第二夹角，以及二次枝晶干方向单位向量在X轴及Y轴构成的平面上的投影与Y轴及Z轴构成的平面之间的第三夹角；根据第一夹角和第二夹角确定晶胞的一次取向偏差角度；根据第一夹角、第二夹角以及第三夹角的大小确定晶胞的二次取向偏差角度。

Description

单晶构件晶体取向偏差角度计算方法及计算装置
技术领域
本公开涉及试验检测以及结构强度分析技术领域，具体而言，涉及一种单晶构件晶体取向偏差角度计算方法及计算装置。
背景技术
镍基单晶高温合金广泛应用于航空发动机热端部件以及航天发动机高温部件。而该合金具有正交各向异性，力学性能对晶体取向表现出严重的依赖性，具体表现为单晶的屈服特性、疲劳性能以及蠕变性能在不同地晶体取向下呈巨大地分散性。为了满足发动机长寿命以及高可靠性，在实际工程设计与制造中，需要控制单晶的取向。然而国内研究以及设计部门目前仅仅控制单晶结构的一次取向偏差角度，而对于二次取向偏差角度没有进行特意地控制。但已有大量研究表明单晶构件的二次晶体取向偏差角度对力学性能也影响较为严重，因此，有必要对二次晶体取向偏差角度进行控制。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种单晶构件晶体取向偏差角度计算方法及计算装置，可计算二次取向偏差角度，以便于后续通过仿真手段分析二次取向偏差角度对单晶构件力学性能的影响。
根据本公开的一个方面，提供一种单晶构件晶体取向偏差角度计算方法，所述单晶构件的晶胞包括一次枝晶干和二次枝晶干，所述计算方法包括：
建立三维直角坐标系，所述三维直角坐标系包括相互垂直的X轴、Y轴及Z轴，其中，Z轴指向所述单晶构件应力轴方向；
定义所述一次枝晶干方向单位向量与所述一次枝晶干方向单位向量在所述Y轴及所述Z轴构成的平面上的投影之间的第一夹角、所述一次枝晶干方向单位向量在所述Y轴及所述Z轴构成的平面上的投影与所述X轴和所述Z轴构成的平面之间的第二夹角，以及所述二次枝晶干方向单位向量在所述X轴及所述Y轴构成的平面上的投影与所述Y轴及所述Z轴构成的平面之间的第三夹角；
根据所述第一夹角和所述第二夹角确定所述晶胞的一次取向偏差角度；
根据所述第一夹角、所述第二夹角以及所述第三夹角确定所述晶胞的二次取向偏差角度。
在本公开的一种示例性实施例中，所述根据所述第一夹角和所述第二夹角确定所述晶胞的一次取向偏差角度包括根据第一计算公式计算所述一次取向偏差角度，所述第一计算公式为：
θ＝arccos(cosδ*cosγ)
其中：OD为所述一次枝晶干的长度；OB为一次枝晶干在Z轴上的投影的长度；θ为一次取向偏差角度；δ为第一夹角；γ为第二夹角。在本公开的一种示例性实施例中，所述根据所述第一夹角、所述第二夹角以及所述第三夹角确定所述晶胞的二次取向偏差角度，包括根据第二计算公式计算所述二次取向偏差角度，所述第二计算公式为：
μ＝arccos(sinψ*cosβ)
其中：OE为二次枝晶干方向单位向量的长度；OM为二次枝晶干方向单位向量在Y轴上的投影的长度；μ为二次取向偏差角度；ψ为二次枝晶干与Z轴的夹角；δ为第一夹角；γ为第二夹角；β为第三夹角。
在本公开的一种示例性实施例中，所述第一夹角和所述第二夹角均大于等于0°，小于等于15°。
在本公开的一种示例性实施例中，所述第三夹角大于等于0°，小于等于180°。
在本公开的一种示例性实施例中，所述二次枝晶干的数量为两个，分别为第一子枝晶干和第二子枝晶干，所述计算方法还包括：
采用有限元软件建立三维直角坐标系，并根据所述一次枝晶干、所述第一子枝晶干和所述第二子枝晶干在所述三维直角坐标系的坐标值确定所述一次枝晶干、所述第一子枝晶干和所述第二子枝晶干对应的晶体坐标系；
求解所述一次枝晶干、所述第一子枝晶干和所述第二子枝晶干在所述三维直角坐标系内的坐标值；
调整所述一次枝晶干、所述第一子枝晶干和所述第二子枝晶干在所述三维直角坐标系内的坐标值，以确定所述第一子枝晶干和/或所述第二子枝晶干的取向偏差角度。
在本公开的一种示例性实施例中，所述三维直角坐标系与所述晶体坐标系的转换关系为：
x′m＝Amixi(m，i＝1，2，3)
其中，x′m为晶体坐标系；xi为直角坐标系；Ami为晶体坐标系x′m和物理坐标系xi间的方向余弦。
在本公开的一种示例性实施例中，所述其中，l＝(a11，a21，a31)，m＝(a12，a22，a32)，n＝(a13，a23，a33)，(a11，a21，a31)为第一子枝晶干在三维直角坐标系内的坐标值；(a12，a22，a32)为第二子枝晶干轴在三维直角坐标系内的坐标值；(a13，a23，a33)为一次枝晶干在三维直角坐标系的坐标值。
在本公开的一种示例性实施例中，
a21＝sinψ*sinβ；
a22＝sinψ*cosβ；
a23＝-cosψ；
a31＝sin(δ)；
a32＝cosδ*sinγ；
a33＝cosδ*cosγ；
a11＝a22*a33-a23*a32；
a12＝a23*a31-a21*a33；
a13＝a21*a33-a22*a31。
根据本公开的一个方面，提供一种单晶构件晶体取向偏差角度计算装置，所述单晶构件的晶胞包括一次枝晶干和二次枝晶干，所述计算装置包括：
坐标构建组件，配置于建立三维直角坐标系，所述三维直角坐标系包括相互垂直的X轴、Y轴及Z轴，其中，Z轴指向所述单晶构件应力轴方向；
角度量测组件，配置于量测所述一次枝晶干方向单位向量与所述一次枝晶干方向单位向量在所述Y轴及所述Z轴构成的平面上的投影之间的第一夹角、所述一次枝晶干方向单位向量在所述Y轴及所述Z轴构成的平面上的投影与所述X轴和所述Z轴构成的平面之间的第二夹角，以及所述二次枝晶干方向单位向量在所述X轴及所述Y轴构成的平面上的投影与所述Y轴及所述Z轴构成的平面之间的第三夹角；
第一计算组件，配置于根据所述第一夹角和所述第二夹角确定所述晶胞的一次取向偏差角度；
第二计算组件，配置于根据所述第一夹角、所述第二夹角以及所述第三夹角确定所述晶胞的二次取向偏差角度。
本公开的单晶构件晶体取向偏差角度计算方法及计算装置，可直接通过量测的第一夹角、第二夹角以及第三夹角求解一次枝晶干及二次枝晶干在三维直角坐标系内的一次取向偏差角度及二次取向偏差角度，以便于后续在仿真分析中建立材料坐标系，进而研究分析二次取向偏差角度对单晶构件力学性能的影响，最终在产品设计中给出最优的二次取向偏差控制角度，由此给出最优的取向偏差角度控制建议，进行取向偏差设计。并且可以在实际生产过程中检测构件晶体取向偏差角度是否符合设计要求。除此之外，本公开还能够从检测的角度出发并考虑耦合一次取向偏差角度，研究二次取向偏差角度对结构性能的影响，这种情况更接近于实际生产过程。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施例中晶体坐标系的示意图。
图2为本公开实施例中单晶构件晶体取向偏差角度计算方法的流程图。
图3为本公开一实施例中三维直角坐标系的示意图。
图4为本公开实施例中晶体坐标系和三维直角坐标系的转换关系示意图。
图5为本公开实施例中取向偏差角度定义的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
用语“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。用语“第一”、“第二”和“第三”仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
本公开实施例提供了一种单晶构件晶体取向偏差角度计算方法，该单晶构件可由镍基单晶高温合金材料构成，单晶构件的晶胞可包括一次枝晶干和二次枝晶干，如图1所示，可根据依一次枝晶干和二次枝晶干的延伸方向建立晶体坐标系，可对晶体坐标系作如下定义：可将单晶构件的一次枝晶干所指的方向定义为<001>取向；二次枝晶垂直于一次枝晶，可将呈十字形分布的二次枝晶干所指的方向分别定义为<100>取向和<010>取向。
图2示出了本公开的单晶构件晶体取向偏差角度计算方法的流程图，请参见图2所示，该计算方法包括步骤S110-步骤S140，其中：
步骤S110，建立三维直角坐标系，所述三维直角坐标系包括相互垂直的X轴、Y轴及Z轴，其中，Z轴指向所述单晶构件应力轴方向；
步骤S120，定义所述一次枝晶干方向单位向量与所述一次枝晶干方向单位向量在所述Y轴及所述Z轴构成的平面上的投影之间的第一夹角、所述一次枝晶干方向单位向量在所述Y轴及所述Z轴构成的平面上的投影与所述X轴和所述Z轴构成的平面之间的第二夹角，以及所述二次枝晶干方向单位向量在所述X轴及所述Y轴构成的平面上的投影与所述Y轴及所述Z轴构成的平面之间的第三夹角；
步骤S130，根据所述第一夹角和所述第二夹角确定所述晶胞的一次取向偏差角度；
步骤S140，根据所述第一夹角、所述第二夹角以及所述第三夹角确定所述晶胞的二次取向偏差角度。
本公开的单晶构件晶体取向偏差角度计算方法，可直接通过量测的第一夹角、第二夹角以及第三夹角求解一次枝晶干及二次枝晶干在三维直角坐标系内的一次取向偏差角度及二次取向偏差角度，以便于后续在仿真分析中建立材料坐标系，进而研究分析二次取向偏差角度对单晶构件力学性能的影响，最终在产品设计中给出最优的二次取向偏差控制角度，由此给出最优的取向偏差角度控制建议，进行取向偏差设计。并且可以在实际生产过程中检测构件晶体取向偏差角度是否符合设计要求。除此之外，本公开还能够从检测的角度出发并考虑耦合一次取向偏差角度，研究二次取向偏差角度对结构性能的影响，这种情况更接近于实际生产过程。
下面对本公开的单晶构件晶体取向偏差角度计算方法的各步骤及其具体细节进行详细说明：
如图2所示，在步骤S110中，建立三维直角坐标系，所述三维直角坐标系包括相互垂直的X轴、Y轴及Z轴，其中，Z轴指向所述单晶构件应力轴方向。
在本公开的一种示例性实施例中，可基于单晶构件的具体结构建立三维直角坐标系，举例而言，可在单晶构件上向定义一个参考面(该参考面可为由X轴和Z轴构成的平面，或者由Y轴和Z轴构成的平面)和参考方向，参考方向在参考面内指向单晶构件应力轴方向，将该方向定义为Z轴，为方便叙述，本文选用Y轴和Z轴构成的平面为参考面。对单晶构件的参考面以及参考方向进行定位与定向，使得参考面内的Z轴与单晶构件的应力轴方向平行，将单晶构件的纵向截面定义为YZ平面，Y轴在纵向截面内并与Z轴垂直；将单晶构件的横向截面定义为XZ平面，X轴在横向截面内并与Z轴垂直。
在本公开的一些实施例中，如图3所示，单晶构件可为涡轮轴的涡轮叶片，可基于激光定位技术，将Z轴定向到与叶片积叠轴方向平行的方向，构建YZ平面为参考面，Y轴与叶片的周向平行，X轴与发动机的轴线方向平行。与X轴垂直的平面建立纵向截面(即为面2)，Z轴位于纵向截面内并与叶片积叠轴方向平行，Y轴位于纵向截面内并与Z轴方向垂直。纵向截面(即面2)由YZ平面组成，横向截面(即面1)由XZ平面组成。
如图2所示，在步骤S120中，定义所述一次枝晶干方向单位向量与所述一次枝晶干方向单位向量在所述Y轴及所述Z轴构成的平面上的投影之间的第一夹角、所述一次枝晶干方向单位向量在所述Y轴及所述Z轴构成的平面上的投影与所述X轴和所述Z轴构成的平面之间的第二夹角，以及所述二次枝晶干方向单位向量在所述X轴及所述Y轴构成的平面上的投影与所述Y轴及所述Z轴构成的平面之间的第三夹角。
可使晶体坐标系的坐标原点与三维直角坐标系的坐标原点重合，进而通过劳厄法量测第一夹角、第二夹角以及第三夹角，在本公开的一些实施例中，如图4所示，第一夹角可为一次枝晶干<001>取向与其在单晶构件纵向截面(面2)的投影之间的夹角，在晶体坐标系1-2-3与三维直角坐标系XYZ中，具体为：OD与OA之间的夹角。第二夹角可为一次枝晶干<001>取向在单晶构件纵向截面(面2)的投影与横向截面(面1)之间的夹角，在晶体坐标系1-2-3与三维直角坐标系XYZ中，具体为：OA与OB之间的夹角。第三夹角可为二次枝晶干<010>取向在XY平面的投影与纵向截面(面2)之间的夹角，在晶体坐标系1-2-3与三维直角坐标系XYZ中，具体为：OF与OM之间的夹角。
如图2所示，在步骤S130中，根据所述第一夹角和所述第二夹角确定所述晶胞的一次取向偏差角度。
可通过第一夹角、第二夹角以及第三夹角唯一的定义单晶构件的晶体取向坐标系。其中，第一夹角和第二夹角可以唯一确定<001>取向。
在本公开的一种示例性实施例中，根据第一夹角和第二夹角确定晶胞的一次取向偏差角度(即，步骤S130)包括根据第一计算公式计算一次取向偏差角度，其中，第一计算公式可为：
θ＝arccos(cosδ*cosγ)
其中：OD为所述一次枝晶干方向单位向量的长度；OB为一次枝晶干方向单位向量在Z轴上的投影的长度；θ为一次取向偏差角度，如图5所示；δ为第一夹角；γ为第二夹角。
一次取向偏差角度θ由第一夹角δ和第二夹角γ决定，在工程实践中规定叶片的一次取向偏差角度大于等于0°，小于等于15°，因此，对于涡轮叶片来说，第一夹角和第二夹角均大于等于0°，小于等于15°。
如图2所示，在步骤S140中，根据所述第一夹角、所述第二夹角以及所述第三夹角确定所述晶胞的二次取向偏差角度。
<010>取向可由第一夹角δ、第二夹角γ以及第三夹角β共同确定。在本公开的一种示例性实施例中，根据第一夹角δ、第二夹角γ以及第三夹角β确定晶胞的二次取向偏差角度(即，步骤S140)包括根据第二计算公式计算二次取向偏差角度，其中，第二计算公式可为：
μ＝arccos(sinψ*cosβ)
其中：OE为二次枝晶干方向单位向量的长度；OM为二次枝晶干方向单位向量在Y轴上的投影的长度；μ为二次取向偏差角度，如图5所示；ψ为二次枝晶干与Z轴的夹角；δ为第一夹角；γ为第二夹角；β为第三夹角。需要说明的是，上述二次取向偏差角度μ为二次枝晶干方向即<001>取向与Y轴的夹角，即为OE与OM向量的夹角。
二次取向偏差角度μ由第一夹角δ、第二夹角γ以及第三夹角β共同决定。其中第三夹角β可大于等于0°，小于等于180°。而根据镍基单晶高温合金是正交各向异性材料这一特性，第三夹角β的取值范围可以进一步缩小为大于等于0°，小于等于180°。
在本公开的一种示例性实施例中，请继续参见图4所示，<010>取向可由第四夹角ψ和第三夹角β确定，其中，第四夹角ψ为<010>取向OE与负Z轴的夹角。第四夹角ψ可以由第一夹角δ、第二夹角γ以及第三夹角β唯一确定。
举例而言，可通过如下计算公式确定第四夹角ψ：
其中：δ为第一夹角；γ为第二夹角；β为第三夹角。
在本公开的一种示例性实施例中，可将<100>取向的二次枝晶干和<010>取向二次枝晶干分别定义为第一子枝晶干和第二子枝晶干，本公开的计算方法还可包括步骤S210-步骤S230，其中：
步骤S210，采用有限元软件建立三维直角坐标系，并根据所述一次枝晶干、所述第一子枝晶干和所述第二子枝晶干在所述三维直角坐标系的坐标值确定所述一次枝晶干、所述第一子枝晶干和所述第二子枝晶干对应的晶体坐标系。
有限元软件可为ANSYS Parametric Design Language(简称，APDL)或ABAQUS软件，当然，也可以是其他有限元软件，在此不再一一列举。可在有限元软件中建立三维直角坐标系，并可根据三维直角坐标系和晶体坐标系之间的转换关系在有限元软件中建立晶体坐标系。
举例而言，可将晶体坐标系1-2-3用x′m标识，其基矢量为可将三维直角坐标系XYZ用xi标识，其基矢量为/>晶体坐标系与三维直角坐标系之间的转换关系如下式所示：
x′m＝Amixi(m，i＝1，2，3)
其中，x′m为晶体坐标系；xi为直角坐标系；Ami为晶体坐标系x′m和物理坐标系xi间的方向余弦。Ami分量的标识方式如下式所示：
其中，l＝(a11，a21，a31)，m＝(a12，a22，a32)，n＝(a13，a23，a33)，(a11，a21，a31)为第一子枝晶干在三维直角坐标系内的坐标值；(a12，a22，a32)为第二子枝晶干轴在三维直角坐标系内的坐标值；(a13，a23，a33)为一次枝晶干在三维直角坐标系的坐标值。
由此可知，若能够求出上述转换矩阵Ami各分量，那么在有限元软件中就可以定义晶体坐标系。最终将问题转化为求解晶体坐标系的转换矩阵Ami。
步骤S220，求解所述一次枝晶干、所述第一子枝晶干和所述第二子枝晶干在所述三维直角坐标系内的坐标值。
在本公开的一种示例性实施例中，可根据量测或假设的第一夹角δ、第二夹角γ以及第三夹角β计算出a21、a22、a23、a31、a32、a33。具体计算结果如下所示：
由转换矩阵Ami定义可知：a21为<010>取向OE与X轴夹角的余弦，其中为单位向量，因此根据已知角度可计算出a21具体大小，其计算公式如下所示：
a22、a23、a31、a32、a33计算原理及过程与a21相似，具体如下所示：
由于<100>取向与XYZ坐标系的坐标轴夹角未知，因此无法采用上述定义确定<100>取向与X轴、Y轴、Z轴夹角的余弦。但由于转换矩阵A是正交矩阵，可以根据矩阵A这一特性得出a11、a12、a13。具体如下所示：
a11＝a22*a33-a23*a32；
a12＝a23*a31-a21*a33；
a13＝a21*a33-a22*a31。
最终Ami的计算形式如下：
其中，a11＝a22*a33-a23*a32，a12＝a23*a31-a21*a33，a13＝a21*a33-a22*a31。
为便于开展晶体取向在单晶构件中的工程设计与分析工作，可根据l和m坐标值，在有限元软件中实现晶体取向坐标的定义。下面以ANSYS APDL以及ABAQUS两款软件为例进行说明：
在本公开的一种示例性实施例中，在ANSYS APDL中使用l、m两个向量定义晶体坐标系，具体命令流如下所示：
CSWPLA，11,0
k，100，0，0，0
k，101，a11，a21，a31
k，102，a12，a22,a32
CSKP，11，0，100，101，102
EMODIF，ALL，ESYS,11
在本公开的另一种示例性实施例中，在ABAQUS生成的inp文件中替换Orientation关键字对应的内容，用l与m向量的坐标值进行替换，具体如下：
将1.，0.，0.，0.，1.，0.按照a11，a21，a31，a12，a22，a32所对应的顺序以及格式输入具体数值。
步骤S230，调整所述一次枝晶干、所述第一子枝晶干和所述第二子枝晶干在所述三维直角坐标系内的坐标值，以确定所述第一子枝晶干和/或所述第二子枝晶干的取向偏差角度。
举例而言，可在有限元软件中建立单晶构件对应的力学仿真模型，根据第一夹角δ、第二夹角γ以及第三夹角β的取值范围假设具体大小，或者根据实际测量角度的具体大小去定义晶体坐标系，进而研究单晶的二次取向偏差角度对构件的力学性能影响，从而在工程设计中确认最佳的取向偏差角度。最终在构件的实际生产过程中，可根据该角度值对取向偏差角度进行控制以及检验产品是否合格。
本公开实施例还提供了一种单晶构件晶体取向偏差角度计算装置，单晶构件的晶胞包括一次枝晶干和二次枝晶干，该计算装置可包括坐标构建组件、角度量测组件、第一计算组件以及第二计算组件，其中：
坐标构建组件配置于建立三维直角坐标系，三维直角坐标系包括相互垂直的X轴、Y轴及Z轴，其中，Z轴指向单晶构件应力轴方向；
角度量测组件配置于量测一次枝晶干方向单位向量与一次枝晶干方向单位向量在Y轴及Z轴构成的平面上的投影之间的第一夹角、一次枝晶干方向单位向量在Y轴及Z轴构成的平面上的投影与X轴和Z轴构成的平面之间的第二夹角，以及二次枝晶干方向单位向量在X轴及Y轴构成的平面上的投影与Y轴及Z轴构成的平面之间的第三夹角；
第一计算组件配置于根据第一夹角和第二夹角确定晶胞的一次取向偏差角度；
第二计算组件配置于根据第一夹角、第二夹角以及第三夹角确定晶胞的二次取向偏差角度。
本公开的计算装置的各部分的具体细节已经在相应的单晶构件晶体取向偏差角度计算方法的实施例中进行了详细说明，因此，此处不再赘述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种单晶构件晶体取向偏差角度计算方法，所述单晶构件的晶胞包括一次枝晶干和二次枝晶干，其特征在于，所述计算方法包括：
建立三维直角坐标系，所述三维直角坐标系包括相互垂直的X轴、Y轴及Z轴，其中，Z轴指向所述单晶构件应力轴方向；
定义所述一次枝晶干方向单位向量与所述一次枝晶干方向单位向量在所述Y轴及所述Z轴构成的平面上的投影之间的第一夹角、所述一次枝晶干方向单位向量在所述Y轴及所述Z轴构成的平面上的投影与所述X轴和所述Z轴构成的平面之间的第二夹角，以及所述二次枝晶干方向单位向量在所述X轴及所述Y轴构成的平面上的投影与所述Y轴及所述Z轴构成的平面之间的第三夹角；
根据所述第一夹角和所述第二夹角确定所述晶胞的一次取向偏差角度；根据所述第一夹角、所述第二夹角以及所述第三夹角确定所述晶胞的二次取向偏差角度。
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述根据所述第一夹角和所述第二夹角确定所述晶胞的一次取向偏差角度包括根据第一计算公式计算所述一次取向偏差角度，所述第一计算公式为：
θ＝arccos(cosδ*cosγ)
其中：OD为所述一次枝晶干的长度；OB为一次枝晶干在Z轴上的投影的长度；θ为一次取向偏差角度；δ为第一夹角；γ为第二夹角。
3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述根据所述第一夹角、所述第二夹角以及所述第三夹角确定所述晶胞的二次取向偏差角度，包括根据第二计算公式计算所述二次取向偏差角度，所述第二计算公式为：
其中：OE为二次枝晶干方向单位向量的长度；OM为二次枝晶干方向单位向量在Y轴上的投影的长度；μ为二次取向偏差角度；ψ为二次枝晶干与Z轴的夹角；δ为第一夹角；γ为第二夹角；β为第三夹角。
4.根据权利要求2或3所述的计算方法，其特征在于，所述第一夹角和所述第二夹角均大于等于0°，小于等于15°。
5.根据权利要求3所述的计算方法，其特征在于，所述第三夹角大于等于0°，小于等于180°。
6.根据权利要求3所述的计算方法，其特征在于，所述二次枝晶干的数量为两个，分别为第一子枝晶干和第二子枝晶干，所述计算方法还包括：
采用有限元软件建立三维直角坐标系，并根据所述一次枝晶干、所述第一子枝晶干和所述第二子枝晶干在所述三维直角坐标系的坐标值确定所述一次枝晶干、所述第一子枝晶干和所述第二子枝晶干对应的晶体坐标系；
求解所述一次枝晶干、所述第一子枝晶干和所述第二子枝晶干在所述三维直角坐标系内的坐标值；
调整所述一次枝晶干、所述第一子枝晶干和所述第二子枝晶干在所述三维直角坐标系内的坐标值，以确定所述第一子枝晶干和/或所述第二子枝晶干的取向偏差角度。
7.根据权利要求6所述的计算方法，其特征在于，所述三维直角坐标系与所述晶体坐标系的转换关系为：
x′m＝Amixi (m,i＝1，2,3)
其中，x′m为晶体坐标系；xi为直角坐标系；Ami为晶体坐标系x′m和物理坐标系xi间的方向余弦。
8.根据权利要求6所述的计算方法，其特征在于，所述其中，z＝(a11，a21，a31)，m＝(a12，a22，a32)，n＝(a13，a23，a33)，(a11，a21，a31)为第一子枝晶干在三维直角坐标系内的坐标值；(a12，a22，a32)为第二子枝晶干轴在三维直角坐标系内的坐标值；(a13，a23，a33)为一次枝晶干在三维直角坐标系的坐标值。
9.根据权利要求8所述的计算方法，其特征在于，
a21＝sinψ*sinβ；
a22＝sinψ*cosβ；
a23＝-cosψ；
a31＝sin(δ)；
a32＝cosδ*sinγ；
a33＝cosδ*cosγ；
a11＝a22*a33-a23*a32；
a12＝a23*a31-a21*a33；
a13＝a21*a33-a22*a31。
10.一种单晶构件晶体取向偏差角度计算装置，所述单晶构件的晶胞包括一次枝晶干和二次枝晶干，其特征在于，所述计算装置包括：
坐标构建组件，配置于建立三维直角坐标系，所述三维直角坐标系包括相互垂直的X轴、Y轴及Z轴，其中，Z轴指向所述单晶构件应力轴方向；
角度量测组件，配置于量测所述一次枝晶干方向单位向量与所述一次枝晶干方向单位向量在所述Y轴及所述Z轴构成的平面上的投影之间的第一夹角、所述一次枝晶干方向单位向量在所述Y轴及所述Z轴构成的平面上的投影与所述X轴和所述Z轴构成的平面之间的第二夹角，以及所述二次枝晶干方向单位向量在所述X轴及所述Y轴构成的平面上的投影与所述Y轴及所述Z轴构成的平面之间的第三夹角；
第一计算组件，配置于根据所述第一夹角和所述第二夹角确定所述晶胞的一次取向偏差角度；
第二计算组件，配置于根据所述第一夹角、所述第二夹角以及所述第三夹角确定所述晶胞的二次取向偏差角度。
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