一种基于Voronoi图的多晶体有限元建模方法

建立多晶体的细观有限元模型是研究多晶体材料局部塑性变形不均匀性的前提与基础,为了灵活地构建高可靠度的材料微结构模型,在前人研究成果的基础上提出一种基于Voronoi图并结合单元编号区域排布特点,能直接根据模型中得到的单元编号顺序依次求取单元形心坐标的构图方法就显得极为关键。该方法首先是生成特定平面或空间域里的随机点与Voronoi图基本信息,再结合单元编号区域排布特点依次直接求取中心点坐标,接着判断单元归属于距离最近的晶核所在的晶粒内,并将所得晶粒编号及单元编号以set集合形式添加到INP文件的Part部分,进而得到Voronoi多晶体有限元模型,最后以构建含10个晶粒的二维和三维多晶体模型为例和文献对比分析来进行实现与验证。结果显示:该方法可以依据单元编号区域排布特点直接得到单元编号且更加容易实现依次求取单元形心坐标,并在一定程度上降低了单元形心坐标处理的数据量和单元归属判断的难度,通过对比分析该方法建立的模型精度更接近于文献中的精确模型,它们之间的最大偏差仅为25.47 MPa,较对比文献的简化模型最小偏差还要低0.07 MPa。表明该方法可为研究人员快速构建多晶材料的Voronoi细观有限元模型提供一定的技术参考。