(19)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 202211119205.2 (22)申请日 2022.09.13 (71)申请人 成都先进金属材 料产业技术研究院 股份有限公司 地址 610306 四川省成 都市中国(四川)自 由贸易试验区成都市青白江区城厢镇 香岛大道1509号(铁 路港大厦A区13楼 A1301-1311、 1319室) (72)发明人 盛振东　 (74)专利代理 机构 北京连和连知识产权代理有 限公司 1 1278 专利代理师 刘小峰　陈黎明 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/22(2020.01)G06F 17/11(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种介观尺度下多相钢力学性能的仿真方 法 (57)摘要 本发明涉及一种介观尺度下多相钢力学性 能的仿真方法， 包括如下步骤： 根据多相钢真实 的微观组织构建二维等效体积单元； 基于位错应 变硬化理论， 建立二维等效体积单元中各相的应 力与应变 之间关系的本构 模型， 其中所述二维等 效体积单元中各相均为各项同性的弹塑性模型； 建立多相钢的二维等效体积单元的有限元模型， 设置边界条件和拉伸位移， 开展介 观尺度下的有 限元模拟， 获得多相钢的力学性能。 本发明的方 法中包含了足够多的微观信息， 可以有效描述材 料内部的局部变形， 预测多相钢不同相组分下的 力学性能， 对 材料组织性能的优化具有一定的工 程应用意 义。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115374680 A 2022.11.22 CN 115374680 A 1.一种介观 尺度下多相钢力学性能的仿真方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 根据多相钢真实的微观组织构建二维等效体积单 元； 基于位错应变硬化理论， 建立二维等效体积单元中各相的应力与应变之间关系的本构 模型， 其中所述 二维等效体积单 元中各相均为各项同性的弹 塑性模型； 建立多相钢的二维等效体积单元的有限元模型， 设置边界条件和拉伸位移， 开展介观 尺度下的有限元模拟， 获得多相钢的力学性能。 2.根据权利要求1所述的介观尺度下多相钢力学性 能的仿真方法， 其特征在于， 二维等 效体积单 元中的相包括马氏体、 铁素体和贝氏体。 3.根据权利要求2所述的介观尺度下多相钢力学性 能的仿真方法， 其特征在于， 其中构 建二维等效体积单 元包括以下步骤： 在多相钢纵截面上取样， 经过研磨抛光， 用侵蚀剂进行腐蚀， 通过金相显微镜拍摄微观 组织照片， 并将照片打印在纸上； 将打印好的照片放在两张透明的纸之间， 用黑色和灰色的彩笔分别将马氏体和贝氏体 涂色， 铁素体未涂色， 随后将涂过色的纸张扫描， 并将扫描图片存为tif f格式； 将扫描图片导入图像处理软件OOF2， 分别对马氏体、 铁素体和贝氏体三相所对应的像 素点建立集合， 并将马氏体、 铁素体和贝氏体三相的材料属性分别赋予各集合， 设置等效体 积单元范围并划分网格， 生成有限元分析的起始输入文件。 4.根据权利要求3所述的介观尺度下多相钢力学性 能的仿真方法， 其特征在于， 所述侵 蚀剂为Lepera， 所述 二维等效体积单 元范围为24  x 24微米， 划分网格大小为0.2微米。 5.根据权利要求4所述的介观尺度下多相钢力学性能的仿真方法， 其特征在于， 马氏 体、 铁素体和贝氏体的本构模 型均为各项同性的J2模 型， 其中弹性模量为210 GPa， 泊松比为 0.3。 6.根据权利要求2所述的介观尺度下多相钢力学性 能的仿真方法， 其特征在于， 基于位 错应变硬化理论构建如下的马氏体、 贝氏体和铁素体三相的应力与应 变之间关系： 其中σ 为流变应力， 即vo n Mises等效塑性应力； σ0为Peierls应力， 取决于多相钢的化学成分及质量百分数， 计算公式如下： σ0(MPa)＝77+80 ×(％Mn)+750 ×(％P)+60 ×(％Si)+80 ×(％Cu)+45 ×(％Ni)+60 ×(％ Cr)+11×(％Mo)+5 000×(％Nss)； Δσ 为碳原子的固溶强化贡献， 包括马氏体Δσm， 铁素体Δσf和贝氏体Δσb的贡献， 其中 Δσm、 Δσf、 Δσb计算公式分别如下： Δσm＝3065(％Cm)‑161 Δσf＝5000(％Cf) Δσb＝Δσm×Vm+Δσf×Vf； 其中Cm是马氏体中的碳含量， Cf是铁素体中的碳含量， Vm和Vf是马氏体和铁素体在多相 钢中的含量；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115374680 A 2表示位错强化和加工软化效应， 其中α 为常数， M 为Taylor因子， u是 室温下的剪切模量， b 是位错的伯格斯矢量， L是位错的平均自由程， k是动态回复速率， ε是 真应变。 7.根据权利要求6所述的介观尺度下多相钢力学性 能的仿真方法， 其特征在于， 多相钢 的化学成分如下： C： 0.14％； Mn  1.65％； Si  0.32％； Cr  0.33％； Mo  0.26％； P  0.012％； S   0.001％。 8.根据权利要求3所述的介观尺度下多相钢力学性 能的仿真方法， 其特征在于， 建立多 相钢的二维等效体积单元 的有限元模型， 设置边界条件和拉伸位移， 开展介观尺度下 的有 限元模拟， 获得多相钢的力学性能包括： 将生成的有限元分析的起始输入文件导入有限元分析软件， 将铁素体、 贝氏体和马氏 体三相的材 料属性分别赋 给相应的区域； 通过多点约束方程设置线性 位移边界条件， 使得拉伸过程中各边保持平直； 选择有限元模型右上角的点作为施加位移 的作用点， 设置位移大小， 并设置网格单元 类型； 有限元模型建立后， 开展多相钢力学性能的模拟计算， 对模拟结果进行分析， 查看材料 应力应变分布云图、 读取模拟过程的应力应 变曲线， 获得多相钢的拉伸力学性能。 9.根据权利要求3所述的介观尺度下多相钢力学性 能的仿真方法， 其特征在于， 建立多 相钢的二维等效体积单元 的有限元模型， 设置边界条件和拉伸位移， 开展介观尺度下 的有 限元模拟， 获得多相钢的力学性能包括： 将生成的有限元分析的文件导入有限元分析软件， 将铁素体、 贝氏体和马氏体三相的 材料属性分别赋 给相应的区域； 通过基于Python的代码对原始模型设置周期性边界条件， 使得拉伸过程中上下边节点 和左右边节点的位移保持一 致； 选择有限元模型右上角的点作为施加位移 的作用点， 设置位移大小， 并设置网格单元 类型； 有限元模型建立后， 开展多相钢力学性能的模拟计算， 对模拟结果进行分析， 查看材料 应力应变分布云图、 读取模拟过程的应力应 变曲线， 获得多相钢的拉伸力学性能。 10.根据权利要求8 或9所述的介观尺度 下多相钢力学性能的仿真方法， 其特征在于， 设 置位移大小为 4.8微米， 网格单 元类型选择线性平面应 变单元。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115374680 A 3