加工过程数值仿真用材料本构模型的校正方法技术

本发明专利技术公开了加工过程数值仿真用材料本构模型的校正方法，包括：(1)进行准静态试验及准静态试验的数值仿真，数值仿真使用原始本构模型Ⅰ，比较准静态试验和数值仿真的结果以验证应变强化项是否准确，若不准确则校正应变强化项，校正后得本构模型Ⅱ再执行(2)；(2)通过高温硬度试验验证温度软化项是否准确，若不准确则校正温度软化项，校正后得本构模型Ⅲ再执行(3)；(3)进行加工试验及该加工的过程的数值仿真，数值仿真使用本构模型Ⅲ，比较加工试验结果和数值仿真结果验证应变率强化项是否准确，若不准确则校正应变率强化项，校正后得本构模型Ⅳ。它具有如下优点：有效提高材料本构模型的精度，进而保证了加工过程数值仿真的精度。

Correction method of material constitutive model for numerical simulation of machining process

The invention discloses a correction method of material constitutive model for numerical simulation of machining process, including: (1) numerical simulation of quasi-static test and quasi-static test, numerical simulation using the original constitutive model I, comparing the results of quasi-static test and numerical simulation to verify the accuracy of strain hardening term, and correction if not accurate. The strain hardening term is corrected and the constitutive model II is executed again (2); (2) The temperature softening term is verified by high temperature hardness test, if it is not accurate, the temperature softening term is corrected, and the constitutive model III is executed after correction (3); (3) The machining test and numerical simulation of the machining process are carried out, and the constitutive model III is used for numerical simulation. Comparing the machining test results with the numerical simulation results, the strain rate hardening term is verified to be accurate. If it is not accurate, the strain rate hardening term is corrected, and the constitutive model IV is obtained. It has the following advantages: it can effectively improve the accuracy of material constitutive model, and then ensure the accuracy of numerical simulation of machining process.

【技术实现步骤摘要】
加工过程数值仿真用材料本构模型的校正方法
本专利技术涉及一种加工过程数值仿真用材料本构模型的校正方法。
技术介绍
数值仿真技术是深入研究加工过程的重要手段，通过数值可以获得试验无法获得的物理量。材料的本构模型是数值仿真过程中从应变到应力求解过程中的桥梁，也是加工过程数值仿真中最重要的模型。加工过程数值仿真所使用的材料的本构模型与其他数值仿真过程所采用的材料本构模型相比较为复杂，所包含的内容也相对丰富。研究表明材料的本构模型是影响数值仿真精度最重要的因素，因此材料的本构模型精度的验证和校正对提高数值仿真的精度十分必要。霍普金森压杆测试是获取材料本构的一种重要手段，通过霍普金森压杆测试技术获取不同应变、应变率、温度下的流动应力，然后将其统一到一个数学表达式，即可建立材料的本构模型。材料的本构模型主要有Power-Law(PL模型)、Johnson-Cook(JC模型)、Zerilli-Armstrong(ZA模型)、Zener-Hollomon(ZH模型)，Bodner-Partom(BP模型)、MechanicalThresholdStress(MTS模型)等，其中最常用于加工过程数值仿真的主要有PL模型和JC模型。这两种模型的表达式均是应变强化项、应变率强化项和温度软化项三项的乘积，而这三项又是相互独立的，因此精度较低。
技术实现思路
本专利技术提供了加工过程数值仿真用材料本构模型的校正方法，其克服了
技术介绍
中所存在的不足。本专利技术解决其技术问题的所采用的技术方案是：加工过程数值仿真用材料本构模型的校正方法，包括：步骤(1)，验证和校正应变强化项：进行准静态试验及该准静态试验的数值仿真，该数值仿真所使用的材料本构模型是原始本构模型Ⅰ，比较准静态试验和数值仿真的结果以验证本构模型应变强化项是否准确，若准确则本构模型Ⅰ定义为本构模型Ⅱ再执行步骤(2)，若不准确则校正应变强化项，校正后得到本构模型Ⅱ再执行步骤(2)；步骤(2)，验证和校正温度软化项：通过高温硬度试验验证本构模型Ⅱ的温度软化项是否准确，若准确则本构模型Ⅱ定义本构模型Ⅲ再执行步骤(3)，若不准确则校正温度软化项，校正后得到本构模型Ⅲ再执行步骤(3)；步骤(3)，验证和校正应变率强化项：进行加工试验及该加工的过程的数值仿真，该数值仿真所使用的材料本构模型是本构模型Ⅲ，比较加工试验结果和数值仿真结果验证应变率强化项是否准确，若不准确则校正应变率强化项，校正后得到本构模型Ⅳ。一实施例之中：该步骤(1)中的准静态试验在实施过程中应变率低于0.001s-1，该准静态试验包括准静态压缩试验、准静态压痕试验及准静态划痕试验中的至少一种。一实施例之中：该步骤(3)中的加工试验，实施过程中材料的应变率高于1000s-1，且变形区的最大温度高于300℃，该加工试验包括切削试验及单颗磨粒划擦试验中的至少一种。一实施例之中：该校正方法用于校正PL模型和JC模型的本构模型；该应变强化项中：比较准静态试验和数值仿真的结果，如准静态试验和数值仿真相差小于5％，则认定为应变强化项准确，否则认定不准确；该应变率强化项中：比较加工试验结果和数值仿真的结果，如加工试验结果和数值仿真相差小于5％，则认定为应变率强化项准确，否则认定不准确。一实施例之中：PL模型的材料本构模型的表达式：应变强化项的表达式：应变率强化项的表达式：温度软化项的表达式：Θ(T)＝c0+c1T+c2T2＝-2.837e-07T2-1.936e-04T+1.003；其中：σ0为屈服强度，n为应变强化指数，m为应变率强化指数；该步骤(1)中，若不准确则变化屈服强度再计算直至变强化项直至应变强化项准确；该步骤(3)中，若不准确则变化应变率强化指数再计算直至应变率强化项直至应变强化项准确。一实施例之中：该应变强化项、应变率强化项校正后都应小于5％，否则需重复校正。本技术方案与
技术介绍
相比，它具有如下优点：依次独立验证和校正应变强化项、温度软化项和应变率强化项，以验证和校正PL模型和JC模型，可以将本构模型的误差精确定位到各项并对其进行校正，可以更加真实、全面、准确的校正材料的本构模型，可以有效提高材料本构模型的精度，进而保证了加工过程数值仿真的精度。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。图1为本具体实施方式的划痕数值仿真模型；图2(a)为本具体实施方式的校正前仿真和试验划擦力结果对比；图2(b)本具体实施方式的校正后仿真和试验划擦力结果对比；图3为本具体实施方式的温度软化率和硬度降低率对比；图4(a)为本具体实施方式的校正前试验和仿真切削力对比；图4(b)为本具体实施方式的校正前试验和仿真切削力对比。具体实施方式通过霍普金森压杆测试得到奥氏体不锈钢的PL模型的材料本构模型的表达式：Θ(T)＝c0+c1T+c2T2＝-2.837e-07T2-1.936e-04T+1.003(4)其中(2)、(3)、(4)分别为应变强化项、应变率强化项和温度软化项，上述各式中σ0为屈服强度，n为应变强化指数，m为应变率强化指数。加工过程数值仿真用材料本构模型的校正方法，包括：步骤(1)，验证和校正应变强化项：进行准静态试验及该准静态试验的数值仿真，该数值仿真所使用的材料本构模型是原始本构模型Ⅰ，比较准静态试验和数值仿真的结果以验证本构模型应变强化项是否准确，若准确则本构模型Ⅰ定义本构模型Ⅱ再执行步骤(2)，若不准确则校正应变强化项，校正后得到本构模型Ⅱ再执行步骤(2)；而且，该准静态试验在实施过程中应变率低于0.001s-1，该准静态试验包括准静态压缩试验、准静态压痕试验及准静态划痕试验等中的至少一种。本具体实施方式之中：采用划痕仪，设置一系列的划擦深度，进行准静态划痕试验，以测得划擦力。用AdvantEdge数值仿真软件建立该划擦同参数下的数值仿真模型如图1，仿真和试验的划擦力对比如图2(a)。比较准静态试验和数值仿真的结果，发现试验所得的划擦力均比仿真小15％左右，即，该百分比是(准静态试验-数值仿真)/数值仿真。方程(2)中原始本构模型中的材料的屈服强度σ0为1020MPa，将其降低15％。则方程(2)被校正为：再次进行同参数下的数值仿真，此时本构模型中的应变强化项为方程(6)，仿真和试验结果对比如图2(b)所示。校正后仿真和试验的平均误差为1.5％，应变强化项校正完毕。步骤(2)，验证和校正温度软化项：通过高温硬度试验验证本构模型Ⅱ的温度软化项是否准确，若准确则本构模型Ⅱ定义本构模型Ⅲ再执行步骤(3)，若不准确则校正温度软化项，校正后得到本构模型Ⅲ再执行步骤(3)；材料的硬度降低率和温度软化率具有相同的规律，因此可以用高温硬度试验验证本构模型的温度软化率。通过设置不同温度下的高温硬度试验，拟合出硬度随温度降低的曲线，并与本构模型Ⅱ的温度软化曲线比对，若曲线重合性较好，说明本构模型Ⅱ的温度软化项较好，否则用硬度随温度的降低曲线替代本构模型Ⅱ的温度软化曲线。本具体实施方式之中：对奥体不锈钢进行高温硬度试验，试验参数是20℃、200℃、400℃、600℃、800℃，试验载荷30kg，保载时间20s，得到硬度随温度的降低率，并与材料本构的温度软化率进行对比，如图3所示。硬度降低率和温度软化率高度吻合，故该本构模型的温度软本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.加工过程数值仿真用材料本构模型的校正方法，其特征在于：包括：步骤(1)，验证和校正应变强化项：进行准静态试验及该准静态试验的数值仿真，该数值仿真所使用的材料本构模型是原始本构模型Ⅰ，比较准静态试验和数值仿真的结果以验证本构模型应变强化项是否准确，若准确则本构模型Ⅰ定义为本构模型Ⅱ再执行步骤(2)，若不准确则校正应变强化项，校正后得到本构模型Ⅱ再执行步骤(2)；步骤(2)，验证和校正温度软化项：通过高温硬度试验验证本构模型Ⅱ的温度软化项是否准确，若准确则本构模型Ⅱ定义本构模型Ⅲ再执行步骤(3)，若不准确则校正温度软化项，校正后得到本构模型Ⅲ再执行步骤(3)；步骤(3)，验证和校正应变率强化项：进行加工试验及该加工的过程的数值仿真，该数值仿真所使用的材料本构模型是本构模型Ⅲ，比较加工试验结果和数值仿真结果验证应变率强化项是否准确，若不准确则校正应变率强化项，校正后得到本构模型Ⅳ。

【技术特征摘要】
1.加工过程数值仿真用材料本构模型的校正方法，其特征在于：包括：步骤(1)，验证和校正应变强化项：进行准静态试验及该准静态试验的数值仿真，该数值仿真所使用的材料本构模型是原始本构模型Ⅰ，比较准静态试验和数值仿真的结果以验证本构模型应变强化项是否准确，若准确则本构模型Ⅰ定义为本构模型Ⅱ再执行步骤(2)，若不准确则校正应变强化项，校正后得到本构模型Ⅱ再执行步骤(2)；步骤(2)，验证和校正温度软化项：通过高温硬度试验验证本构模型Ⅱ的温度软化项是否准确，若准确则本构模型Ⅱ定义本构模型Ⅲ再执行步骤(3)，若不准确则校正温度软化项，校正后得到本构模型Ⅲ再执行步骤(3)；步骤(3)，验证和校正应变率强化项：进行加工试验及该加工的过程的数值仿真，该数值仿真所使用的材料本构模型是本构模型Ⅲ，比较加工试验结果和数值仿真结果验证应变率强化项是否准确，若不准确则校正应变率强化项，校正后得到本构模型Ⅳ。2.根据权利要求1所述的加工过程数值仿真用材料本构模型的校正方法，其特征在于：该步骤(1)中的准静态试验在实施过程中应变率低于0.001s-1，该准静态试验包括准静态压缩试验、准静态压痕试验及准静态划痕试验中的至少一种。3.根据权利要求1所述的加工过程数值仿真用材料本构模型的校正方法，其特征在于：该步骤(3)中的加工试验，实施过程中材料的应变率高...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜峰，张涛，查旭明，郭必成，张丽彬，徐佳禄，尹纪博，王珂，曹亮，王福增，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35