用于超高速碰撞下广义Mises屈服准则的流程获得方法技术

本发明专利技术属于冲击爆炸领域，具体为一种用于超高速碰撞下广义Mises屈服准则的流程获得方法。在考虑塑性应变、应变率、温度、静水压与损伤的前提下，通过数学推导得出塑性流动因子dλ，采用恒定等效应变率的假定、在没有塑性应变的情况下偏应力张量的方向保持不变的假定以及弹性阶段静水压不变的假定来进行塑性校正，将从弹性阶段到塑性阶段且有塑性应变产生的增量步的求解分成两个阶段。本发明专利技术引入了塑性流动因子来计算有塑性变形产生的增量步，解决了金属材料Mises弹塑性本构关系中有塑性应变产生的增量步的积分计算流程问题，能够更有效的揭示超高速碰撞结构的变化现象。

A flow method for obtaining generalized Mises yield criterion under hypervelocity impact

The invention belongs to the field of impact explosion, in particular to a process obtaining method for generalized Mises yield criterion under hypervelocity collision. Under the premise of considering plastic strain, strain rate, temperature, hydrostatic pressure and damage, the plastic flow factor D \u03bb is obtained through mathematical derivation. The plastic correction is based on the assumption of constant equivalent effect rate of change, that the direction of deviator stress tensor remains unchanged without plastic strain and that the hydrostatic pressure in the elastic stage remains unchanged. The plastic correction is from the elastic stage to the plastic stage with The incremental step of plastic strain generation is divided into two stages. The invention introduces a plastic flow factor to calculate the incremental step generated by plastic deformation, solves the integral calculation flow problem of the incremental step generated by plastic strain in the elastic-plastic constitutive relationship of metal materials Mises, and can more effectively reveal the change phenomenon of ultra-high speed collision structure.

【技术实现步骤摘要】
用于超高速碰撞下广义Mises屈服准则的流程获得方法
本专利技术属于冲击爆炸领域，具体为一种用于超高速碰撞下广义Mises屈服准则的流程获得方法。
技术介绍
超高速碰撞现象的研究，在反弹道导弹技术、陨石撞击下宇宙飞船的防护技术、核反应堆外壳安全防护设计、轻质装甲设计、类地行星表面陨石坑研究、高速撞击下发生热核反应的概念研究、以及高压下材料晌应特性等研究中，都做出过重要贡献。对相撞物体动力学过程的完整描述，需要考虑相撞物体的几何构形、弹性、塑性、有限应变及变形、热效应及材料损伤的引发和传播等多种动力学过程。要求得到考虑这么多因素的解析分析方法,目前还难以解决。由于材料本构关系的计算方程不仅影响到数值仿真结果的精确性，并且每一个增量步都要对全部单元的每一个高斯积分点进行计算，因此本构的计算方法也影响数值仿真的计算效率跟计算结果的稳定性，由于回归映射算法简单易行，在冲击动力学问题的有限元计算中得到了广泛的应用。但回归映射算法存在缺乏严格的理论推导的缺点，它是一种近似算法。该方法的计算精度不高。故探求对目前广泛应用于超高速碰撞下广义Mises屈服准则的精确编写方法是非常有价值的。Wilkins在(Calculationofelastic-plasticflow.MethodsinComputationalPhysics,1964:3,211–263.)一书中最初提出的半径回归算法是最广泛使用的弹塑性求解程序，它是弹性预测-塑性校正的过程，这是一种近似算法，存在精度不高的问题。为了获得更精确的解决方案，已经有许多学者研究了一些塑性模型的分析精确积分方法。Krieg(Accuraciesofnumericalsolutionmethodsfortheelastic-perfectlyplasticmodel.J.Press.Vess-T，1977:99,510–515)一文中基于恒定应变率的假设，推导了von-Mises弹塑性模型的精确解，但其缺少硬化效应。Yoder和Whirley在(Onthenumericalimplementationofelastoplasticmodels.J.Appl.Mech-T.ASME.1984:51,283–288)一文中通过将其应用于具有线性各向同性和运动硬化的von-Mises模型来扩展该解决方案，但该方法得到的积分计算过程相对复杂。综上所述，现有技术中存在计算精度低、积分计算过程复杂等问题。并且都不考虑静水压变化及材料损伤的引发和传播问题，适用性较窄。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于超高速碰撞下广义Mises屈服准则的流程获得方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种用于超高速碰撞下广义Mises屈服准则的流程获得方法，根据tn时刻到tn+1时刻增量步内材料的变形情况，采用不同的计算方法，所述材料在应力空间满足一般形式的屈服准则，即屈服应力是包含等效塑性应变张量εp、实际应变率张量温度T，静水压p及损伤D中的一个或多个参数的函数；温升方程为：其中，α表示塑性耗散比，cd是比热，ρ是材料密度；状态方程为：p＝f2(θ)，其中θ为总体积应变；损伤演化方程为：D＝f3(εp)；具体情形如下：(1)在tn-tn+1增量步内材料没有塑性应变产生，即材料从弹性阶段到弹性阶段，材料从塑性阶段到弹性阶段，或者材料从弹性阶段到塑性阶段且不产生塑性应变这三种情况；由弹性理论和状态方程求解，并假设在弹性阶段的静水压不变；(2)在tn-tn+1增量步内材料有塑性应变产生，并且增量步的初始时刻tn的应力张量σn在屈服面上，即材料从塑性阶段到塑性阶段的情况，运用塑性流动法则求解；(3)在tn-tn+1增量步内材料有塑性应变产生，并且增量步的初始时刻的应力张量σn不在屈服面上，即材料从弹性阶段到塑性阶段且有塑性应变产生的情况；把增量步的初始时刻到最终时刻的时间分成两个阶段进行求解：第一阶段，材料的应力张量从增量步的初始时刻的应力张量σn到增量步的初始屈服时刻的应力张量σn+a，该阶段没有塑性应变产生，由弹性理论和状态方程求解；第二阶段，材料的应力张量从增量步的初始屈服时刻的应力张量σn+a到增量步的最终时刻的应力张量σn+1，该阶段是从塑性阶段到塑性阶段，运用塑性流动法则求解。进一步的，所述情形(1)中由弹性理论和状态方程求解具体为：dεp＝0，σn+1＝σn+M:dε其中，dεp代表增量步的初始时刻到最终时刻的塑性应变增量张量，σn+1代表增量步的最终时刻的应力张量，σn代表增量步的初始时刻的应力张量，M代表材料的弹性张量，dε代表增量步的初始时刻到最终时刻的应变增量张量。进一步的，对于情形(3)的具体步骤如下：步骤1：采用流动法则计算得到塑性流动因子dλ；步骤2：采用恒定等效应变率的假定、在没有塑性应变的情况下偏应力张量的方向保持不变和弹性阶段静水压不变的假定来进行塑性校正；步骤3：从弹性阶段到塑性阶段且有塑性应变产生的增量步的求解分成两个阶段：第一阶段，材料的应力张量从增量步的初始时刻的应力张量σn到增量步的初始屈服时刻的应力张量σn+a；第二阶段，材料的应力张量从增量步的初始屈服时刻的应力张量σn+a到增量步的最终时刻的应力张量σn+1，得到的增量步的最终时刻应力张量σn+1处于增量步的最终时刻的屈服面上。进一步的，步骤1包括如下步骤：步骤1-1：已知塑性流动法则为：应力张量可以分为静水压和偏应力张量，所以σij＝pδ+sij，从而得到又由于Von-Mises应力满足则塑性流动因子dλ＝dεp，其中f为屈服应力的状态函数，S为偏应力张量，p为静水压；步骤1-2：推导出等效应力增量dσ，具体为：等效应力增量dσ为tn时刻的等效应力σn到tn+1时刻的等效应力σn+1的增量，则dσ＝σn+1-σn，对等效应力进行扩展为一般形式的屈服准则函数可得：其中其中为tn时刻的塑性应变，为tn+1时刻的等效应变率，为tn时刻的等效应变率，可得到如下等效应力增量dσ其中G为剪切模量，e为总偏应变；步骤1-3：推导出塑性流动因子dλ，其具体为假如没有塑性应变产生，那么其中表示试应力，表示tn时刻的等效应力，可得dep＝3Gdλ联立可得等效应力增量dσ因此塑性流动因子dλ得进一步的，所述步骤2包括如下步骤：步骤2-1：提出了如下的三个假定来解决塑性修正问题1)恒定等效应变率假定：其中为tn时刻到tn+a时刻的等效应变率，为tn+a时刻到tn+1时刻的等效应变率；2)偏应变张量的方向不变的假定：其中sn+1为tn+1时刻的偏应力张量，sn为tn时刻的偏应力张量，参考屈服应力；3)弹性阶段静水压不变：pn+a＝pn其中pn+a为弹性阶段末tn+a时刻的静水压，pn为tn时刻的静水压<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于超高速碰撞下广义Mises屈服准则的流程获得方法，其特征在于，根据t

【技术特征摘要】
1.一种用于超高速碰撞下广义Mises屈服准则的流程获得方法，其特征在于，根据tn时刻到tn+1时刻增量步内材料的变形情况，采用不同的计算方法，所述材料在应力空间满足一般形式的屈服准则，即屈服应力是包含等效塑性应变张量εp、实际应变率张量温度T，静水压p及损伤D中的一个或多个参数的函数；温升方程为：其中，α表示塑性耗散比，cd是比热，ρ是材料密度；状态方程为：p＝f2(θ)，其中θ为总体积应变；损伤演化方程为：D＝f3(εp)；具体情形如下：
(1)在tn-tn+1增量步内材料没有塑性应变产生，即材料从弹性阶段到弹性阶段，材料从塑性阶段到弹性阶段，或者材料从弹性阶段到塑性阶段且不产生塑性应变这三种情况；由弹性理论和状态方程求解，并假设在弹性阶段的静水压不变；
(2)在tn-tn+1增量步内材料有塑性应变产生，并且增量步的初始时刻tn的应力张量σn在屈服面上，即材料从塑性阶段到塑性阶段的情况，运用塑性流动法则求解；
(3)在tn-tn+1增量步内材料有塑性应变产生，并且增量步的初始时刻的应力张量σn不在屈服面上，即材料从弹性阶段到塑性阶段且有塑性应变产生的情况；把增量步的初始时刻到最终时刻的时间分成两个阶段进行求解：第一阶段，材料的应力张量从增量步的初始时刻的应力张量σn到增量步的初始屈服时刻的应力张量σn+a，该阶段没有塑性应变产生，由弹性理论和状态方程求解；第二阶段，材料的应力张量从增量步的初始屈服时刻的应力张量σn+a到增量步的最终时刻的应力张量σn+1，该阶段是从塑性阶段到塑性阶段，运用塑性流动法则求解。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述情形(1)中由弹性理论和状态方程求解具体为：
dεp＝0，σn+1＝σn+M:dε
其中，dεp代表增量步的初始时刻到最终时刻的塑性应变增量张量，σn+1代表增量步的最终时刻的应力张量，σn代表增量步的初始时刻的应力张量，M代表材料的弹性张量，dε代表增量步的初始时刻到最终时刻的应变增量张量。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于情形(3)的具体步骤如下：
步骤1：采用流动法则计算得到塑性流动因子dλ；
步骤2：采用恒定等效应变率的假定、在没有塑性应变的情况下偏应力张量的方向保持不变和弹性阶段静水压不变的假定来进行塑性校正；
步骤3：从弹性阶段到塑性阶段且有塑性应变产生的增量步的求解分成两个阶段：第一阶段，材料的应力张量从增量步的初始时刻的应力张量σn到增量步的初始屈服时刻的应力张量σn+a；第二阶段，材料的应力张量从增量步的初始屈服时刻的应力张量σn+a到增量步的最终时刻的应力张量σn+1，得到的增量步的最终时刻应力张量σn+1处于增量步的最终时刻的屈服面上。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1包括如下步骤：
步骤1-1：已知塑性流动法则为：应力张量可以分为静水压和偏应力张量，所以σij＝pδ+sij，从而得到又由于Von-Mises应力满足则塑性流动因子dλ＝dεp，其中f为屈服应力的状态函...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄瑞源，胡亮亮，秦健，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32