(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 202210677340.2 (22)申请日 2022.06.15 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 黄亮　苏阳　赵明杰　李旭阳　 李建军　 (74)专利代理 机构 华中科技大 学专利中心 42201 专利代理师 尚威　李智 (51)Int.Cl. G01N 25/20(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种大型构件热锻全流程宏微观分析方法 及平台 (57)摘要 本发明属于塑性成形的数值模拟仿真领域 公开了一种大型构件热锻全流程宏微观分析方 法及平台。 该方法基于多道次高温热模拟实验构 建试样材料的流动应力本构模型和微观晶粒数 学模型； 对 试样材料的流动应力本构模型进行修 正得到道次间隙残余应变本构模型和多道次流 动应力本构 模型， 编写成用户自定义子程序嵌入 到有限元模拟仿真软件中， 搭建多道次热锻全流 程宏微观分析平台； 初步设计待分析大型构件的 毛坯形状、 尺 寸和成形工艺参数并输入多道次热 锻全流程宏微观分析预测平台进行有限元模拟； 根据模拟结果， 确定最佳的坯料形状、 尺寸和成 形工艺参数。 本发明适用于解决大型构件热锻时 成形工艺稳定性 不足、 微观组织 不均匀等问题。 权利要求书2页 说明书11页 附图11页 CN 115015318 A 2022.09.06 CN 115015318 A 1.一种大 型构件热 锻全流程宏微观分析 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 离线建模阶段： 步骤1： 基于多道次高温热模拟 实验， 对试样进行热模拟压缩实验得到试样材料在宏观 上不同热变形条件下的高温热变形行为规律， 构建试样材料的流动应力本构模型和微观晶 粒数学模 型， 所述微观晶粒数学模型包括晶粒长大模型、 动态再结晶模型、 静态再结晶模型 和亚动态再 结晶模型； 步骤2： 对试样材料的流动应力本构模型进行修正得到道次间隙残余应变本构模型和 多道次流动应力本构模型， 搭建多道次热锻模拟的主程序； 将修正后的流动应力本构模型 和微观晶粒数学模型编写成用户自定义子程序嵌入到有限元模拟仿 真软件中， 得到多道次 热锻全流程宏微观分析平台； 在线分析阶段： 步骤3： 初步设计待分析大型构件的毛坯形状、 尺寸和成形工艺参数并输入步骤2中得 到的多道次热锻全流程宏微观分析预测平台， 建立待分析大型构件的热锻有限元模型， 并 进行有限元模拟； 如果模拟结果达到实际生产构件的宏微观性能目标， 则认为当前设计工 艺参数合理， 否则根据当前模拟结果， 对待分析大型构件的毛坯形状、 尺寸进行微调， 重新 设计相应成形工艺参数及重新进 行模拟判断， 直至模拟结果达到实际生产构件的宏微观性 能目标； 步骤4： 根据步骤3中的模拟结果， 确定最佳的坯料 形状、 尺寸和成形工艺 参数。 2.如权利要求1所述的一种大型构件热锻全流程宏微观分析方法， 其特征在于， 步骤3 中， 所述多道次热锻全流程宏微观分析预测平台执行所述多道次热锻模拟的主程序的步骤 如下： 当大型构件多道次热锻模拟计算开始时， 主程序开始读入Process、 温度、 应变及等效 应变速率的值， 判断Proces s值的大小， 调用步骤1中相应的数 学模型， 其中： 若Process的值等于0时， 判断为变形前的加热保温阶段， 调用该阶段晶粒长大微观晶 粒数学模型； 若Process的值等于1时， 判断为初始道次变形阶段， 调用材料的流动应力本构模型和 动态再结晶微观晶粒 数学模型； 若Process的值等于2时， 判断为道次间隙阶段， 调用残余应变本构模型和静态再结晶 和亚动态再 结晶微观晶粒 数学模型； 若Process的值等于3时， 判断为后续道次变形阶段， 调用多道次的流动应力本构模型 和动态再 结晶预测子程序， 若还有后续道次则返回道次间隙阶段， 直至最终道次变形 结束。 3.如权利要求2所述的一种大型构件热锻全流程宏微观分析方法， 其特征在于， 所述加 热保温阶段包括： 当前道 次热锻模拟变形前开始进行加热保温， 赋予待分析大型构件初始 晶粒尺寸与 平均晶粒尺寸初始值后计算时间增量， 以此调用晶粒长大模型计算加热保温后 的平均晶粒尺寸； 不断迭代更新每一步的平均晶粒尺寸的值， 直至加热保温结束； 当加热保 温结束后最终的平均晶粒尺寸作为后续下一道次的变形过程及变形后的加热保温阶段中 的初始晶粒尺寸进行计算。 4.如权利要求2所述的一种大型构件热锻全流程宏微观分析方法， 其特征在于， 变形阶 段包括： 变形开始时继承变形前的温度场、 流动应力和晶粒尺寸， 判断参数Process数值和权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115015318 A 2材料的应变速率； 首先判断参数Process数值是否为1或3， 若参数Process的数值为1， 则调用材料的流动 应力本构模型计算流动应力； 若参数Process 的数值为3， 则调用多道次流动应力本构模型 计算流动应力； 再判断材料的应变速率， 若应变速率大于0则判断此时开始发生变形； 接着判断材料的 总应变是否大于等于临界应变， 若总应变大于等于临界应变说明材料发生了动态再结 晶； 调用动态再结 晶子程序， 判断动态再结 晶体积分数是否大于等于预设阈值， 若动态再结 晶 体积分数大于等于预设阈值， 则 说明动态再结 晶已经发生完全， 令动态再结 晶体积分数为 1， 否则继续计算动态再 结晶体积分数、 动态再 结晶晶粒尺寸和平均晶粒尺寸。 5.如权利要求2所述的一种大型构件热锻全流程宏微观分析方法， 其特征在于， 所述道 次间隙阶段包括： 继承变形后所有参数值， 调用道次间隙残 余应变本构模型计算残余应力， 并将残余应力赋值到材料 的流动应力； 判断此刻应变与 临界应变的大小， 若间隙阶段单元 的应变大于或等于临界应变时说明该单元发生动态再结晶， 之后判断动态再结晶体积分数 的大小； 若动态再结晶体积分数大于预设阈值则动态再结晶发生完全， 反之则动态再结晶未发 生完全， 之后会发生 亚动态再 结晶； 计算亚动态再结晶体积分数与晶粒尺寸， 若亚动态再结晶体积分数大于预设阈值， 说 明此时亚动态再结晶已发生完全， 令亚动态再结晶体积分数为1， 反之继续计算亚动态再结 晶体积分数与晶粒尺寸； 若间隙阶段单元的应变小于临界应变则直接进入静态再结晶的计算， 若静态再结晶体 积分数大于预设阈值， 说明此时静态再结晶 已发生完全， 令静态再结 晶体积分数为1， 反之 继续计算静态再 结晶体积分数与晶粒尺寸。 6.如权利要求1所述的一种大型构件热锻全流程宏微观分析方法， 其特征在于， 步骤2 中， 还包括如下对多道次热锻全流程宏微观分析平台进行可行性评估的方法： 在有限元模 拟软件中建立简单模型， 设置不同工艺参数模拟热锻各个阶段的宏微观行为， 并与实际实 验值进行对比分析， 评估热锻全流程微观组织模拟的可靠性和准确 性， 所述全流程微观组 织模拟包括热保温中的晶粒长大行为模拟、 变形中的动态再结晶行为模拟、 间隙保温中的 亚动态再 结晶行为模拟与静态再 结晶行为模拟。 7.一种多道次热锻全流程宏微观分析平台， 其特征在于， 按照权利要求1～6任一项所 述的大型构件热 锻全流程宏微观分析 方法中的离线阶段构建而成。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115015318 A 3