本发明涉及建模，具体而言，涉及一种tial合金晶体塑性有限元建模方法和电子设备。
背景技术：
1、tial合金因其低密度（约4.0g/cm³）、高比强度、高比模量、良好的高温抗氧化性能和抗蠕变性能等优异综合性能，被视为700~1000℃范围内极具应用潜力的先进高温结构材料。尽管已在航空发动机等领域实现了初步应用，如用于制备genx和ge9x航空发动机的低压涡轮叶片，但其广泛应用仍面临室温脆性、高温强度难以提升及成形性能差等挑战。tial合金以ti、al金属间化合物为主要成分，密度仅为镍基高温合金的一半，在航空发动机领域有着良好应用前景。然而，tial合金的高脆性导致制造过程中需采用多种工艺，且均需一定程度的机械加工才能达到设计要求。机械加工后的表面状态对零件长期高温服役条件下的耐久寿命及力学性能有很大影响。tial合金的表面处理面临两个主要困难：一是合金的脆性导致常规表面强化处理易引发裂纹，降低疲劳寿命；二是表面加工工艺会提高金属表面粗糙度，粗糙表面易萌生裂纹。这些不规则的裂纹萌生导致零件失效行为存在较大差异，不利于零件设计优化和可靠性预测。因此，提供一种能提高tial合金制件力学性能一致性的复合加工方法具有重要实用价值。此外，tial合金占现代飞机发动机重量的三分之一，是仅次于镍基高温合金的第二大发动机材料。采用tial合金替代镍基高温合金在显著降低重量的基础上又能保证高温下的比强度和比刚度，在航空航天和汽车等行业的轻量化结构件设计制造中具有很大优势。然而，tial合金的室温脆性和难变形加工等缺点使其在加工过程中很难保证工件的使用寿命和服役性能。因此，针对tial合金的深入研究，特别是如何通过先进加工技术改善其力学性能和加工性能，成为当前材料科学与工程领域的重要课题。
2、在介观尺度下，金属的塑性变形方式包含滑移、孪生、晶界滑移等。晶体塑性有限元（crystal plasticity finite element method，cpfem）是基于晶体塑性理论耦合有限元方法研究晶体塑性行为的一种方法。晶体塑性理论将传统塑性力学理论与晶体学微观变形相结合，其核心思想是通过引入与晶体缺陷或变形密切相关的内变量（如位错密度、辐照缺陷密度等），将晶体的微观变形定量化为传统塑性理论中的塑性应变，从而建立微观变形机理与宏观力学行为之间的关联。晶体塑性理论能够从细观尺度描述多种变形机制（滑移、孪生和相变等）的演化，是联系晶体材料宏观力学行为和微观机制的纽带。加之与功能强大的商业有限元软件相结合形成的晶体塑性有限元法,使得晶体材料在复杂变形过程中塑性行为的预测和模拟成为现实,并在工程实践中得到了广泛应用。因此,建立tial合金的晶体塑性有限元模型，从根源上揭示其塑性变形机理，进而实现充分优化和合理利用tial合金力学性能，具有重要的理论意义和工程应用价值。tial合金的塑性变形是通过位错与孪晶界的复杂交互作用实现的。通过实验方法测试tial合金不同物相、晶粒、晶界的力学行为，具有制样成本高和周期长的缺点。建立能够直观描述力学性能的理论模型恰好能够弥补实验方法的不足。因此，迫切需要一种能够精确预测tial合金力学性能的本构模型实现tial合金力学性能的合理优化，并指导其微结构的设计。
3、在现有技术之中，已有相关技术可以实现晶体塑性本构模型的建立和仿真，但是，现有技术中的相关技术大多存在一定缺陷。例如，可能存在如需要操作人员具备较强的编程能力、对真实晶粒还原程度较低、需要在多种软件和脚本之间转换进而程序较为复杂等缺陷。因此，如何实现一种简单便捷且符合材料真实性能的晶体塑性建模方法是目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本发明的目的包括，例如，提供了一种tial合金晶体塑性有限元建模方法和电子设备，其能够有助于精确预测晶体力学性能进而实现微结构优化。
2、本发明的实施例可以这样实现：
3、第一方面，本发明提供一种tial合金晶体塑性有限元建模方法，所述方法包括：
4、使用电子背散射衍射技术获得给定材料试样的晶粒数据，所述给定材料试样为tial合金材料试样；
5、基于电子背散射衍射数据分析软件并根据所述晶粒数据获得晶粒材料属性；
6、基于有限元分析软件并根据所述晶粒数据建立晶粒几何模型；
7、对所述晶粒几何模型赋予所述晶粒材料属性，并构建得到压痕有限元模型；
8、提取预先编写的子程序中的晶体塑性本构关系信息，将所述晶体塑性本构关系信息耦合至所述压痕有限元模型得到晶体塑性有限元模型；
9、其中，所述tial合金包括γ-tial相和α2-ti3al相，所述γ-tial相中的滑移系包括普通滑移系、超滑移系和孪生系，所述α2-ti3al相中的滑移系包括基面滑移系、柱面滑移系和锥面滑移系，所述提取预先编写的子程序中的晶体塑性本构关系信息的步骤，包括：
10、预先基于位错滑移变形机制、γ-tial相、α2-ti3al相中的滑移系选取晶粒的初始取向，建立综合考虑普通位错、超位错、孪生的γ-tial晶体塑性有限元本构关系模型以及建立α2-ti3al晶体塑性有限元本构关系模型，将所述γ-tial晶体塑性有限元本构关系模型和α2-ti3al晶体塑性有限元本构关系模型写入子程序中，通过对所述子程序进行提取以获得晶体塑性本构关系信息。
11、在可选的实施方式中，所述对所述晶粒几何模型赋予所述晶粒材料属性，并构建得到压痕有限元模型的步骤，包括：
12、对所述晶粒几何模型赋予所述晶粒材料属性，并设置分析步和边界条件，其中，一个分析步包括多个增量步；
13、对所述晶粒几何模型进行网格划分得到多个网格；
14、基于网格划分后的晶粒几何模型获得压痕有限元模型。
15、在可选的实施方式中，所述对所述晶粒几何模型进行网格划分得到多个网格的步骤，包括：
16、采用八结点线性六面体网格对所述晶粒几何模型进行网格划分得到多个网格；
17、划设所述晶粒几何模型中的边界局部区域，并对所述边界局部区域内的网格进行加密处理。
18、在可选的实施方式中，所述将所述晶体塑性本构关系信息耦合至所述压痕有限元模型得到晶体塑性有限元模型的步骤，包括：
19、基于所述晶体塑性本构关系信息获得所有滑移、孪生系统上的泰勒累积剪切应变，基于所述泰勒累积剪切应变计算得到累积孪晶体积分数；
20、将所述压痕有限元模型中的各个网格作为一个单元积分点，根据孪生系统开启的数量，计算得到各所述单元积分点中所有孪生变体的累积孪生体积分数；
21、在每个增量步结束后，将得到的累积孪生体积分数与动态阈值进行比较，若所述累积孪生体积分数大于所述动态阈值，则更新对应的单元积分点的晶粒材料信息，直至所有增量步结束后得到晶体塑性有限元模型。
22、在可选的实施方式中，所述更新对应的单元积分点的晶粒材料信息的步骤，包括：
23、获得对应的单元积分点的主导孪生系统的孪生面法向向量；
24、基于所述孪生面法向向量以及二阶单位向量获得更新的晶粒取向信息。
25、在可选的实施方式中，所述动态阈值通过以下方式获得：
26、获得发生取向转动的最小孪晶体积分数以及塑性变形过程中孪晶体积分数的演变参数；
27、基于所述最小孪晶体积分数、所述演变参数以及当前增量步的累积孪生体积分数获得动态阈值。
28、在可选的实施方式中，所述晶粒数据包括所述给定材料试样的物相信息、晶粒信息，所述晶粒信息包括表面欧拉角和晶粒形貌。
29、在可选的实施方式中，所述方法还包括：
30、对所述晶体塑性有限元模型进行仿真，获得单个晶粒纳米压痕点以及晶界处纳米压痕点的仿真结果数据，并获得单个晶粒纳米压痕点以及晶界处纳米压痕点的实验结果数据；
31、基于可视化技术将所述仿真结果数据和所述实验结果数据进行图像化输出。
32、第二方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述前述实施方式任一项所述的方法的步骤。
33、本发明实施例的有益效果包括，例如：
34、本发明提供一种tial合金晶体塑性有限元建模方法和电子设备，使用电子背散射衍射技术获得给定材料试样的晶粒数据，基于电子背散射衍射数据分析软件并根据晶粒数据获得晶粒材料属性，并基于有限元分析软件建立晶粒几何模型。对晶粒几何模型赋予晶粒材料属性，并构建得到压痕有限元模型。提取预先编写的子程序中的晶体塑性本构关系信息，并耦合至压痕有限元模型得到晶体塑性有限元模型。本方案中，一方面建模过程简单便捷，另一方面考虑了材料真实性能和本构关系，有助于精确预测晶体力学性能进而实现微结构优化。
1.一种tial合金晶体塑性有限元建模方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的tial合金晶体塑性有限元建模方法，其特征在于，所述对所述晶粒几何模型赋予所述晶粒材料属性，并构建得到压痕有限元模型的步骤，包括：
3.根据权利要求2所述的tial合金晶体塑性有限元建模方法，其特征在于，所述对所述晶粒几何模型进行网格划分得到多个网格的步骤，包括：
4.根据权利要求2所述的tial合金晶体塑性有限元建模方法，其特征在于，所述将所述晶体塑性本构关系信息耦合至所述压痕有限元模型得到晶体塑性有限元模型的步骤，包括：
5.根据权利要求4所述的tial合金晶体塑性有限元建模方法，其特征在于，所述更新对应的单元积分点的晶粒材料信息的步骤，包括：
6.根据权利要求4所述的tial合金晶体塑性有限元建模方法，其特征在于，所述动态阈值通过以下方式获得：
7.根据权利要求1所述的tial合金晶体塑性有限元建模方法，其特征在于，所述晶粒数据包括所述给定材料试样的物相信息、晶粒信息，所述晶粒信息包括表面欧拉角和晶粒形貌。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的tial合金晶体塑性有限元建模方法，其特征在于，所述方法还包括：
9.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至8任一项所述的方法的步骤。
