(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 202211032156.9 (22)申请日 2022.08.26 (71)申请人 中国矿业大 学 地址 221000 江苏省徐州市大 学路1号 (72)发明人 王情情　刘战强　程延海　牛超阳　 (74)专利代理 机构 北京淮海知识产权代理事务 所(普通合伙) 32205 专利代理师 李妮 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/10(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种考虑应变率影响的大应变挤出切削带 材织构预测方法 (57)摘要 一种考虑应变率影响的大应变挤出切削带 材织构预测方法， 基于J ‑C本构方程确定材料挤 出切削过程中宏观应变率敏感性评定因子 通过Abaqus软件及其Vumat 子程序建立挤出切削 2D有限元模型， 获得挤出切削过程中材料的速度 梯度、 时间增量和温度变化； 基于粘塑性自洽模 型中单晶体塑性本构方程， 确定多晶体材料应变 率敏感性评定因子， 并结合 来修正多 晶体材 料应变率敏感指数n； 根据有限元仿真模型获取 的挤出切削过程带材变形规律以及确定的n， 实 现挤出切削带材晶体织构预测。 本发 明通过考虑 材料挤出切削过程中宏观应变率硬化效应， 基于 粘塑性自洽模型准确预测挤出带材晶体织构变 化， 为大应变挤出切削制备带材织构工艺参数优 化提供指导。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 115422797 A 2022.12.02 CN 115422797 A 1.一种考虑应变率影响的大应变挤出切削带材织构预测方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： (1)基于J ‑C本构方程确定材料挤 出切削过程中宏观应变率敏感性评定因子 以J‑C 本构方程定义 挤出切削过程中的材 料变形， 所述JC 本构方程如下式 Ⅰ所示， 其中， A、 B、 C、 n、 m分别表示材料的初始屈服强度(MPa)、 应变硬化模量(MPa)、 应变率硬 化系数、 应变硬化指数和温度软化系数； σ、 ε、 T分别表示挤出切削过程中材料等效应力 (MPa)、 等效应变、 等效应变率(s‑1)和温度(℃)； Tm和Tr分别表示材料熔点(℃)和环境温度 (℃)， 表示参考等效应变率， 取值 为0.0001s‑1； 当式Ⅰ中等效应变ε和温度T恒定时， 则材料在任意等效应变率下的应力 与参考应 变率下的应力 比值定义 为宏观应 变率敏感性评 定因子 如下式Ⅱ所示， (2)基于材料J ‑C本构方程以及速度梯度张量L的计算公式， 使用Fortran语言编写挤出 切削过程中材 料Vumat子程序， 速度梯度张量 L的计算公式如式 Ⅲ所示， Ln+1＝(Fn+1Fn‑1‑I)/△t                  式Ⅲ； 其中， Ln+1为材料t+Δt时刻的速度梯度张量， Fn+1和Fn分别表示材料在t时刻和 t+Δt时 刻的变形梯度张量， 在Vumat子程序参数声明部分， Fn+1和Fn分别通过字符defgradNew和 defgradOld给出， Δt为时间增量， 通过字符dt给出， I为3 ×3阶单位张量； 速度梯度张量L存 储在Vumat子程序自定义的状态变量中； (3)根据步骤(2)中编写的Vumat子程序以及挤出切 削几何模型、 边界条件、 刀 ‑屑接触 属性、 载荷情况和切屑分离准则， 建立挤出切削2D有限元仿 真模型， 获得挤出切削模型中材 料任意一点的速度梯度、 时间增量和温度变化， 并作为粘塑性自洽模型的输入参数； (4)基于粘塑性自洽模型中单晶体塑性本构方程， 确定多晶体材料应变率敏感性评定 因子 单晶体塑性本构方程如下式IV所示， 其中， 和σkl分别为单晶体应变率(s‑1)和应力(MPa)， τs为滑移系/孪生系临界应力 (MPa)， mij表示滑移系/孪生系有关对称的施密特因子， γs为滑移系/孪生系剪切应变率(s ‑1)， S为滑移系最大数量， 为滑移系/孪生系参考剪切应变率(s‑1)， mkl表示滑移系/孪生系 有关非对称的施密特因子， ns为滑移系/孪生系应 变率敏感指数； 当每个滑移系/孪生系的应变率敏感指数ns相同且均等于n， 则多晶体应变率和应力关 系可简化 为下式Ⅴ，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115422797 A 2其中， 表示粘塑性自洽模型中多晶体材料在等效应变率下的流动应力(MPa)， 表示粘塑性自洽模型中多晶体材料在参考等效应变率下的流动应力(MPa)； 则粘塑 性自洽模型中多晶体材 料应变率敏感性评 定因子 表示为下式Ⅵ， (5)根据步骤(1)和步骤(4)中确定的应变率敏感性评定因子 和 修正确定多 晶体本构中应 变率敏感指数n： 当JC本构方程准确模拟材料在挤出切削过程中的变形时， 由材料J ‑C本构方程确定 在不同应变率下的变化曲线， 修正确定多晶体本构中应变率敏感指数n， 使多晶体应变 率敏感性评 定因子 变化曲线与 接近重合； (6)根据步骤(3)获取的挤出切削过程中材料速度梯度、 时间增量以及温度变化， 输入 到粘塑性自洽模 型中， 材料的初始晶粒取向数据通过EBSD实验获取， 并根据步骤(5)确定的 应变率敏感指数n， 完成挤出切削过程中带 材织构预测。 2.根据权利要求1所述的一种考虑应变率影响的大应变挤出切削带材织构预测方法， 其特征在于， 步骤(5)中， 通过Matlab编程， 绘制 在给定应变率硬化系数C， 不同应变率 下(0.0001 ‑10000s‑1)的变化曲线， 在相同应变率范围内， 绘制 在不同n值下 的变化曲 线， 选取 曲线与 接近重合时的n 值， 即为确定的多晶体本构中应 变率敏感指数。 3.根据权利要求1所述的一种考虑应变率影响的大应变挤出切削带材织构预测方法， 其特征在于， 步骤(6)中， 带材织构预测结果包括挤出切削过程中带材织构晶粒取向数据以 及材料应力 ‑应变数据， 通过Matlab/Mtex绘制获得挤出带材晶体织构极图， 并与EBSD实验 获取的挤出 带材织构极图进行对比， 验证带 材织构预测结果的准确性。 4.根据权利要求3所述的一种考虑应变率影响的大应变挤出切削带材织构预测方法， 其特征在于， 步骤(6)中， 将基于粘塑性自洽模型获得的材料应力 ‑应变曲线与通过挤出切 削2D有限元模型获得的应力 ‑应变曲线对比， 验证在粘塑性自洽模型中考虑宏观应变率影 响进行挤出 带材织构预测的准确性。 5.根据权利要求1所述的一种考虑应变率影响的大应变挤出切削带材织构预测方法， 其特征在于， 步骤(6)中， 材 料的初始晶粒 取向数据以晶粒的Bunge  Euler角度表示。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115422797 A 3