(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111442638.7 (22)申请日 2021.11.30 (71)申请人 北京理工大 学长三角研究院 （嘉兴） 地址 314019 浙江省嘉兴 市秀洲区油车港 镇永越大厦18-19 楼 (72)发明人 杨素媛　闫倩芸　范群波　 (74)专利代理 机构 北京理工大 学专利中心 11120 代理人 付雷杰 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/10(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模 拟方法 (57)摘要 本发明涉及一种钛合金复合板的宏微观跨 尺度轧制模拟方法， 属于金属复合板轧制模拟的 技术领域。 基于实际轧制过程中使用的轧辊尺寸 和板材尺 寸利用有限元软件建立 轧辊、 板材的宏 观三维模型， 获取已知成分钛合金材料相应的宏 观本构参数， 设置钛合金材料的宏观本构方程， 之后模拟钛合金板在所设置的工艺参数下的轧 制复合过程， 并提取感兴趣区域的载荷信息； 基 于钛合金板的切片金相组织图利用有 限元软件 建立三维相组织模型， 获取已知成分钛合金材料 中各个微观相结构相应的微观本构参数， 设置钛 合金材料的微观本构方程， 将提取的载荷信息加 载在三维相组织模型上， 模拟真实相组织的轧制 复合过程， 再现了轧制过程中界面材料微观组织 的演变过程。 权利要求书3页 说明书6页 附图3页 CN 114282404 A 2022.04.05 CN 114282404 A 1.一种钛 合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法， 其特 征在于： 所述方法步骤如下： (1)宏观轧制复合模拟 (1.1)根据钛合金材料的化学成分计算获得该钛合金材料的密度、 泊松比、 热膨胀系 数、 热容以及热导 率五个宏观本构参数； 通过热压缩实验得到钛合金材料的应力 ‑应变曲线， 基于应力 ‑应变曲线获得该钛合金 材料的弹性模量和 屈服强度两个宏观本构参数； (1.2)基于实际轧制过程中使用的轧辊尺寸和板材尺寸两个工艺参数， 利用有限元软 件建立轧辊、 板材的宏观三维模型并划分网格； 基于步骤(1.1)中的宏观本构参数， 设置钛 合金材料宏观本构方程； (1.3)设置下压量、 轧制速度以及板材初始温度三个工艺参数， 采用所建立的宏观三维 模型模拟相邻两种钛合金板在所设置的工艺参数下的轧制复合过程， 并提取感兴趣区域的 载荷信息； (2)微观轧制复合模拟 (2.1)通过三维切片法获得两块钛合金板的切片金相组织图， 并利用有限元软件将切 片金相组织图排列重建为 三维相组织模型； 根据钛合金材料的化学成分计算获得该钛合金材料中所包含的各个微观相结构的密 度、 泊松比、 弹性模量、 切变模量以及屈服强度五个微观本构参数， 并设置钛合金材料微观 本构方程； (2.2)将步骤(1.3)提取的载荷信息加载在三维相组织模型上， 模拟 真实相组织的轧制 复合过程。 2.根据权利要求1所述的一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法， 其特征在 于： 步骤(1.1)的热压缩实验过程 中， 应变率0.01s‑1， 升温速率(10 ±2)℃/s， 保温时间3min ～5min。 3.根据权利要求1所述的一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法， 其特征在 于： 步骤(1.1)的宏观本构参数以及步骤(2.1)的微观本构参数， 均是利用JmartPro软件计 算获得的； 钛合金材料的宏观本构方程采用*MAT_ELAST IC_VISCOPLAST IC_THERMAL， 钛合金 材料的微观本构方程采用* MAT_PLASTIC_KI NEMATIC。 4.根据权利要求1所述的一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法， 其特征在 于： 步骤(2.1)中， 采用全自动三维切片系统Genus_3D获取每块钛合金板的切片金相组织 图， 然后通过Simpleware商业包选取一定数量切片金相组织图排列重建为3D图像模型， 并 对3D图像模型进行 纯六面体网格划分， 随后自动生成三维有限元相组织模型。 5.根据权利要求1至4任一项所述的一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法， 其特征在于： 步骤(1.2)中， 选用LS PP有限元软件建立宏观三维模型。 6.根据权利要求5所述的一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法， 其特征在 于： 宏微观模拟通过Interface文件联系起来， 在LSPP中使用关键字*INTERFACE_ COMPONENT_SEGMENT提取出步骤(1.3)宏观模拟中感兴趣区域的载荷信息作为Interface文 件输出； 之后在LSPP中通过关键字*INTERFACE_LINKING_SEGMENT将Interface文件中的载 荷信息施加到步骤(2.2)微观模拟中。 7.根据权利要求6所述的一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法， 其特征在权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114282404 A 2于： 步骤(1.3)宏观模拟的具体操作如下， 第一步计算时， 输入设置好的宏观k文件， 计算结束后输出d3dump01文件和 Interface1.1文件； 第二步计算时， 第一次修改宏观k文件中的轧辊下压量以及计算时间， 输入d3dump01文 件和第一次修改后的宏观k文件进行计算， 计算结束后输出d3dump02文件和Interface2.1 文件； 第三步计算时， 第二次修改宏观k文件中的轧辊下压量以及计算时间， 输入d3dump02文 件和第二次修改后的宏观k文件进行计算， 计算结束后输出d3dump03文件和Interface3.1 文件； 以此类推进行计算； 其中， 计算步骤数比实际轧制复合过程中回炉次数多一次； 宏观k文件包含步骤(1.1) 获得的宏观本构参数、 步骤(1.2)获得的宏观 三维模型、 步骤(1.2)和步骤(1.3)所涉及的五 个工艺参数以及计算时间信息； d3 dump文件为重启动文件， 该文件中包含后续计算所需要 的相关信息； Interface  j.1文件为对应计算步骤提取的感兴趣区域的载荷信息文件， 1≤j ≤N， N为步骤(1.3)计算的步骤数。 8.根据权利要求7所述的一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法， 其特征在 于： 步骤(1.3)每一步计算获得的Interfacej.1文件所对应的感兴趣区域尺寸大于步骤 (2.1)建立的三维相组织模型的尺寸时， 则采用如下步骤 对Interfacej.1文件进行优化： 其中， 1≤j≤N， N为步骤(1.3)计算的步骤数； Interfacej.1文件中的载荷信息是从步 骤(1.2)的宏观三维模型中两钛合金板界面处选取的感兴趣区域1， 在感兴趣 区域1边界处 建立Segment集， 通过关键字*INTERFA CE_COMPONENT_SEGMENT提取的感兴趣区域1的载荷信 息； 第一步， 基于感兴趣区域1空间坐标、 尺寸建立感兴趣区域1的三维模型并将其简记为 模型1， 对模型1划分网格且网格尺寸比宏观三维模型的网格尺寸要小， 通过关键字* INTERFACE_LINKING_SEGMENT将Interfacej.1文件的载荷信息施加在模型1后， 选取模型1 中两钛合金板界面处感兴趣区域2， 在感兴趣区域2边界处建立Segment集， 通过关键字* INTERFACE_COMPONENT_SEGM ENT提取感兴趣区域2的载荷信息作为 Interfacej.2文件输出； 第二步， 基于感兴趣区域2空间坐标、 尺寸建立感兴趣区域2的三维模型并将其简记为 模型2， 对模型2划分网格且网格尺寸比模型1的网格尺寸要小， 通过关键字*INTERFACE_ LINKING_SEGMENT将Interfacej.2文件的载荷信息施加在模型2后， 选取模型2中两钛合金 板界面处感兴趣区域3， 在感兴趣区域3边界处建立Segment集， 通过关键字*INTERFACE_ COMPONENT_SEGM ENT提取感兴趣区域3的载荷信息作为 Interfacej.3文件输出； 第三步， 以此类推， 不断提取尺寸更小的感兴趣区域4、 ···、 n的载荷信息， 相应感兴 趣区域的载荷信息分别作为Interfacej.4文件、 ···、 Interfacej.n文件输出， 直到从模 型(n‑1)中选取的感兴趣区域 n的尺寸与步骤(2.1)建立的三维相组织模型尺寸相等。 9.根据权利要求6所述的一种钛合金复合板的宏微观跨尺度轧制模拟方法， 其特征在 于： 步骤(2.2)中微观模拟的具体操作如下， 第一步计算时， 输入设置好的微观k文件， 计算结束后输出d3dump01和d3pl ot文件； 第二步计算时， 第一次修改微观k文件中的计算时间以及Interface文件中的载荷信权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114282404 A 3