本发明属于多道次塑性成形有限元仿真，具体涉及一种多道次宏微观多场耦合的仿真方法。
背景技术：
1、金属的热变形过程是一个复杂的组织演化过程，冷速、变形温度、速率和变形量都对材料的微观组织有着十分显著的影响，获取合理的工艺参数组合具有重要的工程和科学意义。通过实验难以获得金属坯料各个部位的组织动态演变规律。而且组织的演化主要表现为晶粒尺寸的变化、以及相含量的变化。晶粒尺寸又受到变形过程中的动态再结晶、道次间的亚动态再结晶、充分动态再结晶后继续变形的静态再结晶所导致的晶粒细化作用，和保温晶粒长大，位错密度的变化，但是数值模拟技术很好地解决了这一难题，通过对金属热变形过程进行模拟，可以同步分析宏观物理场和微观组织演变，并对成形后的组织进行预测，为实际塑性成形的工艺参数和材料的选取降低难度。
2、当前多道次塑性成形的有限元连续仿真方法主要通过设置有限元仿真软件的多道次仿真工步的几何模型的连续继承和仿真结果数据继承，但目前大部分仿真软件仅能实现宏观物理场(温度、应变、应力等)的仿真预测。为了解决这一问题，部分仿真软件及当前公开的技术实现了塑性成形过程中的晶粒尺寸，实现该功能，通常采用的模型为jmak模型预测动态再结晶、静态再结晶、亚动态再结晶过程。但目前暂未有相应的方法根据材料的再结晶比例情况以及晶粒尺寸来计算对应区域的位错密度。虽然有公开技术采用johnson-cook本构模型结合位错密度来预测高速切削过程的晶粒尺寸，但针对中低应变速率条件下的塑性成形尚未有相关的流变关系-位错密度-尺寸模型尚未发现。此外尚未发现针对晶粒在加热过程中的晶粒长大进行预测的模型。
3、此外，有公开的技术采用jma理论实现热压缩过程的近α钛合金α相含量的变化情况，但针对多道次连续仿真的相含量预测尚未见报道。
4、基于此，提出了一种多道次宏微观多场耦合的仿真方法，通过对多道次塑性成形仿真需求分析，提出的多道次塑性成形连续仿真并实现宏微观耦合、预测在再结晶晶粒细化和加热粗化共同作用下的晶粒尺寸演化、位错密度、相含量变化的有限元仿真方法。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种多道次宏微观多场耦合的仿真方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多道次宏微观多场耦合的仿真方法，包括以下步骤：
3、s1、针对不同类型的实验，系统建立构建arrhenius本构模型和晶粒尺寸演化模型，包括600℃、650℃、700℃、750℃四个温度，0.01s-1、0.1s-1、1s-1、10s-1四个应变速率，20％、40％、60％三个变形量条件；
4、s2、基于arrhenius本构模型和晶粒尺寸模型，建立位错密度模型；
5、s3、将s1和s2中确定的模型编译成有限元软件的子程序,并建立再结晶与生长的判定标准判据，以及位错密度和相体积分数计算流程；
6、s4、基于s3的子程序开展多道次塑性成形仿真；
7、s5、得到宏观物理场和微观组织的仿真结果，完成仿真。
8、作为本发明的进一步说明，s1中构建arrhenius本构模型为：
9、
10、上式中，为应变速率；
11、a为无量纲常数；
12、α为材料常数；
13、σ为流变应力；
14、n为应力指数，n＝1/m，m为应变速率敏感因子，
15、q为热变形激活能；
16、r为理想气体常数，8.314j/(mol·k)；
17、t为绝对变形温度k；
18、针对各参数建立与应变量的多项式拟合公式：
19、q＝b0+b1ε+b2ε2+b3ε3+b4ε4+b5ε5
20、lna＝c0+c1ε+c2ε2+c3ε3+c4ε4+c5ε5,
21、
22、n＝d0+d1ε+d2ε2+d3ε3+d4ε4+d5ε5,
23、
24、α＝e0+e1ε+e2ε2+e3ε3+e4ε4+e5ε5；
25、bi,ci,di,ei,分别为对应公式的系数(i＝0,1,2,3,4,5)。
26、根据实验结果和应力应变曲线,构建动态再结晶模型：
27、
28、xdrex为动态再结晶百分含量；
29、ddrex为动态再结晶晶粒尺寸；
30、kd为avarmi指数；
31、βd则为avarmi常数；
32、εc是临界应变；
33、ε0.5是再结晶比例为50％时对应的应变值；
34、a4、n4、m4均为常数；
35、q4为激活能；
36、d0为初始晶粒尺寸。
37、作为本发明的进一步说明，s1中，建立600,650,700℃三个温度,0.01s-1、0.1s-1、1s-1三个应变速率,0.1,0.1,0.15三个预应变,三种初始晶粒尺寸，在1s,10s,100s,300s四个道次间隔时间的双道次热模拟压缩实验，确定静态再结晶及亚动态再结晶模型:
38、
39、xsrx为静态再结晶百分含量；
40、dsrx为静态再结晶晶粒尺寸；
41、xmdrx为亚动态再结晶百分含量；
42、dmdrx为亚动态再结晶晶粒尺寸；
43、k1、k2为常数，εc是临界应变，t0.5是静态再结晶比例为50％时所需的时间，a1、h1、n1、m1、a2、h2、n2、m2均为常数；
44、q1、q2为激活能；
45、d0为初始晶粒尺寸；
46、设计温度分别为600℃、650℃、700℃、750℃四个温度,0s,60s,120s,300s,600s五个保温时间的热处理实验,确定晶粒长大模型：
47、
48、dg为长大后的晶粒尺寸，ag、mg为与材料相关的常数，qgg为长大激活能，t为晶粒长大时间。
49、作为本发明的进一步说明，s2中，错密度模型包括胞壁位错ρw和胞内位错ρc两类，而胞壁位错分为几何必须位错ρwg和统计位错ρws,计算公式为：
50、
51、
52、α*，β*，k0都是材料的位错增殖率的控制参数，其中k0＝0.016×t+0.4；
53、n则是温度敏感参数，n＝b/t；
54、b为材料常数；
55、f为胞壁位错的百分含量；
56、b为材料的伯格斯矢量的模；
57、d代表位错胞大小；
58、和分别代表解析后的胞内剪切应变率和胞壁剪切应变率，则是参考剪切应变率，
59、在本模型中假设：
60、
61、并且剪切应变率可由taylor因子和mises应变率进行计算
62、作为本发明的进一步说明，s2中，还建立α相含量模型：
63、f1＝0.82*(1-exp(-0.012*(tm-t)))
64、β相含量f2＝1-f1，tm为材料的相转变点，f1为α相含量，f2为β相含量。
65、作为本发明的进一步说明，s5中，宏观物理场具体为应力、应变和温度，微观组织具体为位错密度、晶粒尺寸和相体积分数。
66、本发明与现有技术相比具有以下优点：
67、1、本发明实现了多道次塑性变形过程的晶粒尺寸、位错密度、相体积分数等组织演化过程的连续预测，提升了仿真效率和准确性，以多道次锻造为例，本发明可在保留上道次加热、镦粗或拔长仿真结果的基础上，再进行下一道仿真，并且坯料几何形状、模具相对位置、仿真结果始终完成继承，并实现微观组织的连续仿真继承，仿真精度更高，耗时更短。
68、2、本发明完善了材料晶粒尺寸演化模型，综合考虑了适用不同变形速率不同应变量下的本构方程，以及再结晶细化作用和加热长大作用，使晶粒尺寸仿真更严谨。
69、3、本发明在塑性变形仿真过程中，再结晶添加位错密度模型，有力地辅助分析坯料在不同变形阶段、不同部位的再结晶现象。
1.一种多道次宏微观多场耦合的仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种多道次宏微观多场耦合的仿真方法，其特征在于，s1中构建arrhenius本构模型为：
3.根据权利要求2所述的一种多道次宏微观多场耦合的仿真方法，其特征在于，s1中，建立600,650,700℃三个温度,0.01s-1、0.1s-1、1s-1三个应变速率,0.1,0.1,0.15三个预应变,三种初始晶粒尺寸，在1s,10s,100s,300s四个道次间隔时间的双道次热模拟压缩实验，确定静态再结晶及亚动态再结晶模型:
4.根据权利要求1所述的一种多道次宏微观多场耦合的仿真方法，其特征在于，s2中，错密度模型包括胞壁位错ρw和胞内位错ρc两类，而胞壁位错分为几何必须位错ρwg和统计位错ρws,计算公式为：
5.根据权利要求4所述的一种多道次宏微观多场耦合的仿真方法，其特征在于，s2中，还建立α相含量模型：
6.根据权利要求1所述的一种多道次宏微观多场耦合的仿真方法，其特征在于，s5中，宏观物理场具体为应力、应变和温度，微观组织具体为位错密度、晶粒尺寸和相体积分数。
