考慮初始不均勻晶粒度的鍛造過程數(shù)值模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鍛造過程數(shù)值模擬技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種考慮初始不均勻晶粒度的鍛造過程數(shù)值模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在大型鍛件的生產(chǎn)過程中，首先要澆注鑄坯，進(jìn)而在壓力機(jī)上鍛造，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬微觀組織在金屬凝固和塑性變形過程中的演化過程能實(shí)現(xiàn)對(duì)鍛件的成形質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測。階段的組織演變模擬方法都是基于均勻、統(tǒng)一晶粒度，即假設(shè)鍛造前晶粒度從表面到芯部都是一致的。但是事實(shí)上，金屬在凝固過程中會(huì)形成由表面到芯部的不均勻晶粒度，在后續(xù)的變形過程中，這種不均勻晶粒度會(huì)對(duì)最后的成形質(zhì)量產(chǎn)生影響。由于在組織演變模擬方過程中假設(shè)了初始均勻晶粒度的鍛件，這樣就會(huì)造成模擬結(jié)果的不準(zhǔn)確，從而與客觀事實(shí)不相符。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003](一 )要解決的技術(shù)問題
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種考慮初始不均勻晶粒度的鍛造過程數(shù)值模擬方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中，由于在組織演變模擬方過程中假設(shè)了初始均勻晶粒度的鍛件，所造成模擬結(jié)果的不準(zhǔn)確、與客觀事實(shí)不相符等問題。
[0005]( 二)技術(shù)方案
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種考慮初始不均勻晶粒度的鍛造過程數(shù)值模擬方法，包括以下步驟:
[0007]S1.測量原始坯料的初始晶粒度分布；
[0008]S2.建立標(biāo)準(zhǔn)坯料的有限元模型；
[0009]S3.參照原始坯料的初始晶粒度分布，修改標(biāo)準(zhǔn)坯料的有限元模型的初始晶粒度分布;
[0010]S4.保存修改后的有限元模型。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述步驟SI中，通過procast軟件的CAFE模塊測得原始還料的初始晶粒度分布。
[0012]或者，所述步驟SI中，通過金相實(shí)驗(yàn)和image-Pro plus軟件觀察記錄原始還料的初始晶粒度分布。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟S2中，通過deform軟件建立標(biāo)準(zhǔn)還料的塑性成形有限元模型，并生成有限元模型的key文件，Key文件包括:單元的總數(shù)、每個(gè)單元的節(jié)點(diǎn)號(hào)、每個(gè)節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)和每個(gè)單元的晶粒度初始值。
[0014]優(yōu)選地，通過UG7.5軟件建立標(biāo)準(zhǔn)坯料的幾何模型，然后轉(zhuǎn)換成stl文件并導(dǎo)入到deform軟件中，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，形成標(biāo)準(zhǔn)坯料的有限元模型。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟S3中，通過節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)來確定節(jié)點(diǎn)的空間位置，再通過單元的節(jié)點(diǎn)位置來確定單元的空間位置，根據(jù)每個(gè)單元的空間位置的不同，改寫每個(gè)單元的晶粒度值。
[0016]優(yōu)選地，根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)先給每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)定晶粒度值，再根據(jù)每個(gè)單元所包含的節(jié)點(diǎn)號(hào)，取加權(quán)平均值，得到該單元的晶粒度值。
[0017]優(yōu)選地，每個(gè)單元包括四個(gè)節(jié)點(diǎn)。
[0018]優(yōu)選地，通過編寫fortran程序來修改標(biāo)準(zhǔn)還料的有限元模型的初始晶粒度分布，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)坯料的有限元模型的初始不均勻晶粒度分布。
[0019]優(yōu)選地，所述步驟S4中，保存修改后的key文件。
[0020](三)有益效果
[0021]本發(fā)明的考慮初始不均勻晶粒度的鍛造過程數(shù)值模擬方法根據(jù)原始坯料的初始晶粒度分布修改標(biāo)準(zhǔn)坯料的有限元模型的初始晶粒度分布，實(shí)現(xiàn)了組織演變模擬過程中坯料的初始晶粒度的不均勻分布。其與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):模擬精度高，應(yīng)用該方法，能夠?qū)崿F(xiàn)初始不均勻晶粒度在deform的分布，在后續(xù)的微觀組織模擬研究中，其模擬結(jié)果比初始均勻晶粒度的模擬結(jié)果模擬精度高；使用方便，與手工修改每個(gè)單元的晶粒度的值，節(jié)約了大量時(shí)間和精力，提高了建模的效率；開放性好，該方法的相關(guān)程序既能耦合到deform中去，又能獨(dú)立運(yùn)行。既能解決特定key文件的晶粒度賦值的要求，又能解決大批量key文件賦值要求；為解決鍛造過程中混晶問題提供了思路和技術(shù)支持。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中42CrMo棒材的三個(gè)截面的晶粒度分布圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中42CrMo棒材的key文件中用戶自定義單元變量；
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中42CrMo棒材的用戶自定義單元變量圖形顯示；
[0025]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中42CrMo棒材的key文件中單元編號(hào)；
[0026]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中42CrMo棒材的key文件中節(jié)點(diǎn)編號(hào)；
[0027]圖6為本發(fā)明實(shí)施例1中42CrMo棒材的key中修改后的用戶自定義變量；
[0028]圖7為本發(fā)明實(shí)施例1中42CrMo棒材的修改后的用戶自定義變量在deform中的顯不；
[0029]圖8為本發(fā)明實(shí)施例2中7050A1法蘭的截面的晶粒度分布圖；
[0030]圖9為本發(fā)明實(shí)施例2中7050A1法蘭的key文件中用戶自定義單元變量；
[0031]圖10為本發(fā)明實(shí)施例2中7050A1法蘭的用戶自定義單元變量圖形顯示；
[0032]圖11為本發(fā)明實(shí)施例2中7050A1法蘭的key文件中單元編號(hào)；
[0033]圖12為本發(fā)明實(shí)施例2中7050A1法蘭的key文件中節(jié)點(diǎn)編號(hào)；
[0034]圖13為本發(fā)明實(shí)施例2中7050A1法蘭的key中修改后的用戶自定義變量；
[0035]圖14為本發(fā)明實(shí)施例2中7050A1法蘭的修改后的用戶自定義變量在deform中的顯示。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0037]本發(fā)明的考慮初始不均勻晶粒度的鍛造過程數(shù)值模擬方法包括以下步驟:
[0038]S1.測量原始坯料的初始晶粒度分布；
[0039]可以通過procast軟件的CAFE模塊測得原始坯料的初始晶粒度分布，也可以通過金相實(shí)驗(yàn)和image-Pro plus軟件觀察記錄原始還料的初始晶粒度分布。
[0040]S2.建立標(biāo)準(zhǔn)坯料的有限元模型；
[0041]通過UG7.5軟件建立標(biāo)準(zhǔn)還料的幾何模型，然后轉(zhuǎn)換成stl文件并導(dǎo)入到deform軟件中，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，通過deform軟件建立標(biāo)準(zhǔn)坯料的塑性成形有限元模型，并生成有限元模型的key文件，Key文件包括:單元的總數(shù)、每個(gè)單元的節(jié)點(diǎn)號(hào)、每個(gè)節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)和每個(gè)單元的晶粒度初始值。
[0042]S3.參照原始坯料的初始晶粒度分布，修改標(biāo)準(zhǔn)坯料的有限元模型的初始晶粒度分布;
[0043]通過節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)來確定節(jié)點(diǎn)的空間位置，再通過單元的節(jié)點(diǎn)位置來確定單元的空間位置，根據(jù)每個(gè)單元的空間位置的不同，改寫每個(gè)單元的晶粒度值，其中，每個(gè)單元包括四個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)先給每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)定晶粒度值，再根據(jù)每個(gè)單元所包含的節(jié)點(diǎn)號(hào)，取加權(quán)平均值，得到該單元的晶粒度值；通過編寫fortran程序來修改標(biāo)準(zhǔn)坯料的有限元模型的初始晶粒度分布，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)坯料的有限元模型的初始不均勻晶粒度分布O
[0044]S4.保存修改后的有限元模型；
[0045]即保存修改后的key文件。
[0046]實(shí)施例1
[0047]利用procast軟件的CAFE模塊實(shí)現(xiàn)了 42CrMo普通棒材的澆注數(shù)值模擬及微觀組織模擬結(jié)果，得到三個(gè)不同截面的晶粒形貌結(jié)果，如圖1所示。
[0048]利用UG7.5軟件建立棒材的幾何模型，直徑40mm，高200mm，轉(zhuǎn)換成stl文件，導(dǎo)入到deform軟件中，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格數(shù)為27437個(gè)。
[0049]在deform軟件中，打開advanced下element data選擇usr添加四個(gè)用戶自定義變量=USREl為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)，其值為0，USRE2為晶粒度，其值為230 μ m，USRE3為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸，其值為0，USRE4為平均晶粒度尺寸，其值為230。
[0050]打開其key文件，如圖2所示，USRELM是用戶自定義單元變量，I為第一個(gè)單元，27437為單元總數(shù)，0.0000000E+000為數(shù)據(jù)格式，4為有四個(gè)單元變量，下一行I為第一個(gè)單元，后面四個(gè)數(shù)分別對(duì)應(yīng)著四個(gè)用戶單元變量的值分別為:USRE1，USRE2，USRE3，USRE4。在deform的圖形顯示為圖3所示。
[0051]通過對(duì)key文件的分析，可知每個(gè)單元的節(jié)點(diǎn)號(hào)如圖4，ELMCON為單元，27437為單元總數(shù)，4為單元節(jié)點(diǎn)數(shù)，可知是四面體單元，下一行中I為第一個(gè)單元，407，406，428，531為第一個(gè)單元的四個(gè)節(jié)點(diǎn)號(hào)，以此類推直到第27437個(gè)單元。
[0052]Key文件中也可以得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)，如圖5所示，圖中RZ為節(jié)點(diǎn)，6278為節(jié)點(diǎn)總數(shù)，下一行I為節(jié)點(diǎn)號(hào)，后面三個(gè)數(shù)分別對(duì)應(yīng)著這個(gè)節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)。
[0053]通過key文件可知用戶單元變量的數(shù)值及儲(chǔ)存方式，key文件也清晰的給出了每個(gè)單元對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)，以及每個(gè)節(jié)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。通過單元的節(jié)點(diǎn)位置來確定單元的空間位置，在根據(jù)單元的空間位置不同，改寫單元的用戶自定義變量，比如初始晶粒度USRE2，從而完成初始不均勻晶粒度的分布。又由于key文件的儲(chǔ)存嚴(yán)格按照fortran語言的要求，所以編寫fortran程序更容易實(shí)現(xiàn)初始不均勻晶粒度的分布。
[0054]先簡單區(qū)分中心區(qū)域和表面區(qū)域，棒料端面為直徑40mm的圓，規(guī)定直徑30mm為中心區(qū)，晶粒度為800 μ m，其余為表面區(qū)域，晶粒度為300 μ m。編寫fortran程序，實(shí)現(xiàn)不均勻晶粒度在deform前處理中的設(shè)置。
[0055]在該程序的編寫中，定義了整型變量二維數(shù)組INTEGER*4ELM(27437，4)，用來儲(chǔ)存每個(gè)單元的節(jié)點(diǎn)號(hào)；實(shí)型變量二維數(shù)組REAL*8XYZ(6278，3)，用來儲(chǔ)存每個(gè)節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)；實(shí)型變量二維數(shù)組USRE (27437，4)，用來儲(chǔ)存每個(gè)單元的4個(gè)用戶定義變量。其編寫主要語句如下:
[0056]OPEN(UNIT = 3，F(xiàn)ILE = ’ H:\deforming\DEFORM_fforkpiece.KEY’)
[0057]該語句的作用是打開H盤下的key文件，設(shè)備號(hào)是3。
[0058]READ (3，30) (Al (I)，(XYZ (I, J), J = I, 3), I = I, 6278)
[0059]該語句的作用是把節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)以30行號(hào)指定的格式儲(chǔ)存在XYZ數(shù)組中。
[0060]READ (3, 40) (AI(I), (ELM (I, J), J = 1,4),1 = I, 27437)
[0061]該語句的作用是把單元的節(jié)點(diǎn)號(hào)以40行號(hào)指定的格式儲(chǔ)存在ELM數(shù)組中。
[0062]READ (3，60) (Al (I)，(USRE (I, J), J = I, 4), I = I, 27437)
[0063]該語句的作用是把單元的4個(gè)用戶單元變量以60行號(hào)指定的格式儲(chǔ)存在USRE數(shù)組中。
[0064]WRITE (3，60) (I, (USRE (I, J), J = I, 4), I = I, 27437)
[0065]把已經(jīng)改好的四個(gè)用戶自定義變量存儲(chǔ)到key文