一种基于反演优化算法的蠕变本构参数获取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于反演优化算法的蠕变本构参数获取方法，通过蠕变试验获得蠕变变形响应曲线；基于真应力‑真应变表示的蠕变曲线拟合得到初始蠕变本构参数，采用大变形有限元方法计算高温构件在给定载荷下的蠕变变形响应曲线；快速集成和耦合有限元仿真软件，实现自动调用仿真软件进行计算，并对初始蠕变本构参数进行反演优化，从而得到最优的蠕变本构参数。本发明专利技术弥补了现有技术中采用拟合参数计算的变形曲线与试验变形曲线差距较大的缺陷，且操作简单。

【技术实现步骤摘要】
一种基于反演优化算法的蠕变本构参数获取方法
本专利技术属于高温结构强度
，特别涉及了一种蠕变本构参数获取方法。
技术介绍
在持续载荷作用下，航空发动机的高温构件经过一定的时间会发生不可恢复的蠕变变形，经过足够长的时间后会发生断裂失效。构件在恒定载荷下直至失效所经历的时间称为构件的持久寿命(或称应力断裂寿命)。对于在高温下使用的金属构件，为了使其具有满足要求的使用寿命，在设计时需要合理控制其应力水平，使其在工作温度下的持久寿命满足要求。此外除了满足寿命要求，还需要对结构的蠕变变形进行限制，防止转静子碰摩或影响发动机结构装拆。因此，对结构材料的蠕变变形行为和寿命规律进行试验研究和理论分析研究对发动机高温部件设计具有重要意义。目前，国内外已提出许多不同形式的蠕变本构模型，虽然可在较大范围内对试验蠕变曲线进行拟合，但获得的蠕变本构模型材料参数在用仿真软件进行计算时却不能对材料在不同条件下的蠕变响应进行准确描述，恒定载荷下高温蠕变拉伸试验试样因内部真实应力变化导致拟合得到的本构参数用于计算时未能准确描述蠕变曲线全过程。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
提到的技术问题，本专利技术提出了一种基于反演优化算法的蠕变本构参数获取方法，使得仿真软件的计算能对材料在不同条件下的蠕变响应进行准确描述。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：一种基于反演优化算法的蠕变本构参数获取方法，通过蠕变试验获得蠕变变形响应曲线；基于真应力-真应变表示的蠕变曲线拟合得到初始蠕变本构参数，采用大变形有限元方法计算高温构件在给定载荷下的蠕变变形响应曲线；快速集成和耦合有限元仿真软件，实现自动调用仿真软件进行计算，并对初始蠕变本构参数进行反演优化，从而得到最优的蠕变本构参数。进一步地，包括以下步骤：(1)根据单轴蠕变试验获得高温构件在不同温度和应力下的蠕变位移-时间曲线，即试验得到的蠕变变形响应曲线；(2)基于真应力-真应变表示的蠕变曲线拟合得到初始蠕变本构参数；(3)采用大变形有限元方法计算高温构件在给定载荷下的蠕变变形响应曲线，获取优化前的蠕变计算数据和命令流文件；(4)利用Isight软件快速集成和耦合有限元仿真软件，实现自动调用仿真计算；(5)基于反演优化算法，对初始蠕变本构参数进行优化，实现单个或多个应力条件下的蠕变计算数据优化，使计算得到的蠕变变形响应曲线与试验得到的蠕变变形响应曲线的残差和最小，得到最优的蠕变本构参数。进一步地，在步骤(3)中，采用ANSYS有限元仿真软件对高温构件的蠕变响应进行计算分析。进一步地，在步骤(3)中，有限元计算得到的蠕变位移值中已减去弹塑性位移值。进一步地，在步骤(3)中，根据高温构件的几何和载荷情况建立有限元模型，计算模型在给定载荷下的蠕变变形响应曲线，导出命令流文件。进一步地，在步骤(4)中，将所述命令流文件导入Isight软件并进行集成设置，实现自动调用ANSYS仿真软件进行仿真计算。进一步地，在步骤(5)中，采用Hooke-jeeves优化算法。采用上述技术方案带来的有益效果：本专利技术弥补了现有技术中采用拟合参数计算得到的变形曲线与试验得到的变形曲线差距较大的缺陷，是一种简单易操作且更适合仿真计算的蠕变本构参数获取方法。附图说明图1为本专利技术的实施流程图；图2为实施例中单个应力条件下Isight优化流程框架图；图3为实施例中三个应力条件下Isight优化流程框架图；图4为实施例中558MPa下蠕变本构模型参数优化前后曲线对比图；图5为实施例中660MPa下蠕变本构模型参数优化前后曲线对比图；图6为实施例中多应力下蠕变本构模型参数优化前后曲线对比图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。本实施例公开了一种基于反演优化算法的蠕变本构参数获取方法，如图1所示，其具体步骤如下：步骤1：由设计的蠕变试验件及试验方案，获得TC11钛合金光滑圆棒试件500℃不同应力条件下的蠕变位移-时间曲线，见图4～6的点曲线所示。步骤2：基于真应力-真应变表示的蠕变曲线拟合得到初始蠕变本构参数。基于真应力-真应变表示的材料高温蠕变曲线建立能够完整描述蠕变三个阶段的本构模型，获取蠕变本构模型材料参数，见表1～6的优化前参数)。能够描述蠕变完整变形过程的蠕变本构模型表达式的完整形式如下：上式中：为蠕变速率，σ为应力，σTS为材料在高温下的拉伸强度极限，t为时间，c1～c9均为材料参数。步骤3：采用ANSYS有限元软件，对试验件模型的蠕变响应进行计算分析；对选用的蠕变本构模型采用用户材料子程序进行编译和调用，根据试验件的几何和载荷情况建立有限元模型，计算模型在给定载荷下的蠕变变形响应曲线(即为优化前蠕变位移-时间曲线，见图4～6虚曲线所示，最后导出命令流文件。所建立的有限元模型应尽量与试验件真实情况(几何形状、载荷和约束等)保持一致，计算得到的蠕变位移值应是已减去弹塑性位移值的量，导出的命令流文件也应精简处理。步骤4：将命令流文件导入Isight软件并进行一系列集成设置，可自动运行仿真软件，实现快速自动调用仿真计算，见图2和图3。对优化流程框架的各个模块都进行正确设置(其中Optimization1模块为参数优化模块，Simcode模块为仿真计算模块，Excel模块为数据处理模块)。步骤5：根据已搭建的Isight优化流程框架，基于反演优化算法对初始蠕变本构参数进行优化，选用Hooke-jeeves优化方法，既能实现单个应力条件下的计算数据优化，又能实现多个应力条件下的计算数据同时优化，其优化对象为蠕变本构参数，优化目标为试验数据与计算数据的残差，使计算数据更加贴近试验数据，得到最优的蠕变本构参数(见表1～3的优化后参数)和优化后的蠕变位移-时间曲线(见图4～6实曲线所示)。对步骤2中所选择的能够描述蠕变完整变形过程的蠕变本构模型材料参数c1～c9进行优化，其中单个应力条件下的参数优化效果见图4～5，多个应力条件下的参数优化效果见图6。表1558MPa下蠕变本构模型优化前后参数ci优化前优化后11.7464113642.066353926215.2777941618.038462853-9.997806664-10.86161716411.4994161311.039439485-7.324304948-7.32430494860.00040.00038953871.19E-141.19E-148-5.97本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于反演优化算法的蠕变本构参数获取方法，其特征在于：通过蠕变试验获得蠕变变形响应曲线；基于真应力-真应变表示的蠕变曲线拟合得到初始蠕变本构参数，采用大变形有限元方法计算高温构件在给定载荷下的蠕变变形响应曲线；快速集成和耦合有限元仿真软件，实现自动调用仿真软件进行计算，并对初始蠕变本构参数进行反演优化，从而得到最优的蠕变本构参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于反演优化算法的蠕变本构参数获取方法，其特征在于：通过蠕变试验获得蠕变变形响应曲线；基于真应力-真应变表示的蠕变曲线拟合得到初始蠕变本构参数，采用大变形有限元方法计算高温构件在给定载荷下的蠕变变形响应曲线；快速集成和耦合有限元仿真软件，实现自动调用仿真软件进行计算，并对初始蠕变本构参数进行反演优化，从而得到最优的蠕变本构参数。


2.根据权利要求1所述基于反演优化算法的蠕变本构参数获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据单轴蠕变试验获得高温构件在不同温度和应力下的蠕变位移-时间曲线，即试验得到的蠕变变形响应曲线；
(2)基于真应力-真应变表示的蠕变曲线拟合得到初始蠕变本构参数；
(3)采用大变形有限元方法计算高温构件在给定载荷下的蠕变变形响应曲线，获取优化前的蠕变计算数据和命令流文件；
(4)利用Isight软件快速集成和耦合有限元仿真软件，实现自动调用仿真计算；
(5)基于反演优化算法，对初始蠕变本构参数进行优化，实现单个或多个应力条件下的蠕变计算数据优化，使计算得到的蠕变变形响应曲线与试验...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡绪腾，胡贤明，郭秩维，叶文明，宋迎东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32