一种脆性材料本构模型参数优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种脆性材料本构模型参数优化方法及系统，涉及脆性材料力学行为模拟领域，所述方法，包括：采用不同威胁形式的弹体侵彻不同厚度的脆性材料，并基于霍普金森压杆的动态压缩测试，构建残余穿深测试侵彻仿真模型和动态压缩测试仿真模；由优化参数的取值区间和优化参数的混沌变量计算优化参数值；根据优化参数值、仿真模型、实测残余穿深和实测动态压缩强度计算仿真误差；基于仿真误差进行多次迭代得到最终的优化参数；最终的优化参数用于确定JH

【技术实现步骤摘要】
一种脆性材料本构模型参数优化方法及系统


[0001]本专利技术涉及脆性材料力学行为模拟领域，特别是涉及一种脆性材料本构模型参数优化方法及系统。

技术介绍

[0002]随着计算科学的高速发展，数值模拟技术在材料研究及结构设计领域的应用也愈加广泛，为了准确描述材料在特定条件下的力学响应和失效行为，需要在模拟软件中定义材料的本构模型，本构模型参数的准确性是决定模拟仿真计算精度的主要因素。对于陶瓷、玻璃、非晶等脆性材料，JH
‑
2本构可以较为准确的描述材料在不同条件下的物理响应，然而JH
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2本构参数较多，部分参数无法直接获取，而通过间接法测试或拟合的参数精度较低，通常需要进行大量的数值模拟调试，限制了JH
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2本构的应用与发展。
[0003]JH
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2本构完全损伤强度方程(式1)和损伤方程(式2～3)是JH
‑
2本构的重要组成部分，主要涉及含损伤参数B、M、D1、D2。其中为某静水压条件下材料的归一化等效强度，P
*
为归一化静水压，C为应变率敏感系数，为对应加载条件下的归一化应变率；D为累计损伤参量，Δε
P
为等效塑性应变，为失效应变；T
*
为归一化的最大拉伸静水压。
[0004][0005][0006][0007]含损伤参数中，B为完全损伤强度系数，M为完全损伤强度指数，D1为损伤方程系数，D2为损伤方程指数，4个参数均无实际物理意义，现阶段没有高效的实验测试方法可以较为准确的获得这些参数；同时，JH
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2本构对模型网格尺寸较为敏感，为实现相同的模拟结果，不同网格尺寸的仿真模型所使用的本构参数也须做出修正；因此，在确定仿真模型条件下，参数调试是含损伤参数B、M、D1、D2行之有效的获取方法。
[0008]传统参数优化方法为人为逐个调整参数取值，忽略了各个参数之间的耦合关系，获得的参数只适用于一类模型，使用局限性较大；同时，参数调试往往基于个人经验，盲目且效率低下。从而，使得JH
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2本构模型无法高效的描述脆性材料在不同条件下的物理响应。

技术实现思路

[0009]基于此，本专利技术实施例提供一种脆性材料本构模型参数优化方法及系统，提高参数优化的效率，从而使得JH
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2本构模型能够高效的描述脆性材料在不同条件下的物理响应。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0011]一种脆性材料本构模型参数优化方法，包括：
[0012]采用不同威胁形式的弹体侵彻不同厚度的脆性材料，并基于霍普金森压杆的动态
压缩测试，构建残余穿深测试侵彻仿真模型和动态压缩测试仿真模型；
[0013]确定第k次迭代下每个优化参数的取值区间；所述优化参数包括完全损伤强度系数、完全损伤强度指数、损伤方程系数和损伤方程指数；
[0014]确定第k次迭代下每个优化参数的混沌变量；
[0015]根据第k次迭代下每个优化参数的取值区间和第k次迭代下每个优化参数的混沌变量，确定第k次迭代下的优化参数值；
[0016]根据第k次迭代下的优化参数值、所述残余穿深测试侵彻仿真模型、所述动态压缩测试仿真模型、实测残余穿深和实测动态压缩强度计算第k次迭代下的仿真误差；
[0017]判断所述仿真误差是否小于设定误差值，得到第一判断结果；
[0018]若所述第一判断结果为是，则将第k次迭代下的优化参数值确定为最终的优化参数；所述最终的优化参数用于确定JH
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2本构模型；所述JH
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2本构模型用于描述脆性材料在不同条件下的物理响应；
[0019]若所述第一判断结果为否，则根据第k次迭代下的仿真误差计算第k次迭代下每个优化参数的参数误差，并根据第k次迭代下每个优化参数的参数误差和前k
‑
1次迭代后的最优解集合中的优化参数值对应的最大参数误差，对优化参数的混沌变量和优化参数的取值区间进行更新，再进行下一次迭代。
[0020]可选的，所述根据第k次迭代下的仿真误差计算第k次迭代下每个优化参数的参数误差，并根据第k次迭代下每个优化参数的参数误差和前k
‑
1次迭代后的最优解集合中的优化参数值对应的最大参数误差，对优化参数的混沌变量和优化参数的取值区间进行更新，再进行下一次迭代，具体包括：
[0021]对于第k次迭代下任意一个优化参数，判断优化参数的参数误差是否小于前k
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1次迭代后的最优解集合中的优化参数值对应的最大参数误差，得到第二判断结果；
[0022]若所述第二判断结果为是，则将前k
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1次迭代后的最优解集合中具有最大参数误差的优化参数值替换为第k次迭代下的优化参数，得到前k次迭代后的最优解集合，再更新优化参数的混沌变量和迭代次数后，返回确定第k次迭代下每个优化参数的混沌变量的步骤；
[0023]若所述第二判断结果为否，则判断前k
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1次迭代后的最优解集合是否连续K次未更新，得到第三判断结果；
[0024]若所述第三判断结果为是，则更新优化参数的取值区间和迭代次数后，返回确定第k次迭代下每个优化参数的取值区间的步骤；
[0025]若所述第三判断结果为否，则更新优化参数的混沌变量和迭代次数后，返回确定第k次迭代下每个优化参数的混沌变量的步骤。
[0026]可选的，所述根据第k次迭代下的优化参数值、所述残余穿深测试侵彻仿真模型、所述动态压缩测试仿真模型、实测残余穿深和实测动态压缩强度计算第k次迭代下的仿真误差，具体包括：
[0027]将第k次迭代下的优化参数值输入所述残余穿深测试侵彻仿真模型，得到第k次迭代下的模拟计算残余穿深；
[0028]将第k次迭代下的优化参数值输入所述动态压缩测试仿真模型，得到第k次迭代下的模拟计算动态压缩强度；
[0029]根据第k次迭代下的模拟计算残余穿深、第k次迭代下的模拟计算动态压缩强度、实测残余穿深和实测动态压缩强度计算第k次迭代下的仿真误差。
[0030]可选的，所述仿真误差包括第一误差、第二误差和第三误差；
[0031]所述第一误差的计算公式为：
[0032][0033]其中，Error1表示第一误差；Sd1表示将优化参数值输入第一残余穿深测试侵彻仿真模型得到的模拟计算残余穿深；所述第一残余穿深测试侵彻仿真模型为采用第一设定型号的弹体侵彻第一设定厚度的脆性材料时，构建的残余穿深测试侵彻仿真模型；Td1表示采用第一残余穿深测试侵彻仿真模型对应的实际结构进行试验时的实测残余穿深；Pd1表示第一残余穿深测试侵彻仿真模型对应的弹体在残余穿深测试支撑背板上的威力穿深；Δ1表示采用第一残余穿深测试侵彻仿真模型模拟计算时的设定误差值；
[0034]所述第二误差的计算公式为：
[0035][0036]其中，Error2表示第二误差；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脆性材料本构模型参数优化方法，其特征在于，包括：采用不同威胁形式的弹体侵彻不同厚度的脆性材料，并基于霍普金森压杆的动态压缩测试，构建残余穿深测试侵彻仿真模型和动态压缩测试仿真模型；确定第k次迭代下每个优化参数的取值区间；所述优化参数包括完全损伤强度系数、完全损伤强度指数、损伤方程系数和损伤方程指数；确定第k次迭代下每个优化参数的混沌变量；根据第k次迭代下每个优化参数的取值区间和第k次迭代下每个优化参数的混沌变量，确定第k次迭代下的优化参数值；根据第k次迭代下的优化参数值、所述残余穿深测试侵彻仿真模型、所述动态压缩测试仿真模型、实测残余穿深和实测动态压缩强度计算第k次迭代下的仿真误差；判断所述仿真误差是否小于设定误差值，得到第一判断结果；若所述第一判断结果为是，则将第k次迭代下的优化参数值确定为最终的优化参数；所述最终的优化参数用于确定JH
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2本构模型；所述JH
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2本构模型用于描述脆性材料在不同条件下的物理响应；若所述第一判断结果为否，则根据第k次迭代下的仿真误差计算第k次迭代下每个优化参数的参数误差，并根据第k次迭代下每个优化参数的参数误差和前k
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1次迭代后的最优解集合中的优化参数值对应的最大参数误差，对优化参数的混沌变量和优化参数的取值区间进行更新，再进行下一次迭代。2.根据权利要求1所述的一种脆性材料本构模型参数优化方法，其特征在于，所述根据第k次迭代下的仿真误差计算第k次迭代下每个优化参数的参数误差，并根据第k次迭代下每个优化参数的参数误差和前k
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1次迭代后的最优解集合中的优化参数值对应的最大参数误差，对优化参数的混沌变量和优化参数的取值区间进行更新，再进行下一次迭代，具体包括：对于第k次迭代下任意一个优化参数，判断优化参数的参数误差是否小于前k
‑
1次迭代后的最优解集合中的优化参数值对应的最大参数误差，得到第二判断结果；若所述第二判断结果为是，则将前k
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1次迭代后的最优解集合中具有最大参数误差的优化参数值替换为第k次迭代下的优化参数，得到前k次迭代后的最优解集合，再更新优化参数的混沌变量和迭代次数后，返回确定第k次迭代下每个优化参数的混沌变量的步骤；若所述第二判断结果为否，则判断前k
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1次迭代后的最优解集合是否连续K次未更新，得到第三判断结果；若所述第三判断结果为是，则更新优化参数的取值区间和迭代次数后，返回确定第k次迭代下每个优化参数的取值区间的步骤；若所述第三判断结果为否，则更新优化参数的混沌变量和迭代次数后，返回确定第k次迭代下每个优化参数的混沌变量的步骤。3.根据权利要求1所述的一种脆性材料本构模型参数优化方法，其特征在于，所述根据第k次迭代下的优化参数值、所述残余穿深测试侵彻仿真模型、所述动态压缩测试仿真模型、实测残余穿深和实测动态压缩强度计算第k次迭代下的仿真误差，具体包括：将第k次迭代下的优化参数值输入所述残余穿深测试侵彻仿真模型，得到第k次迭代下的模拟计算残余穿深；
将第k次迭代下的优化参数值输入所述动态压缩测试仿真模型，得到第k次迭代下的模拟计算动态压缩强度；根据第k次迭代下的模拟计算残余穿深、第k次迭代下的模拟计算动态压缩强度、实测残余穿深和实测动态压缩强度计算第k次迭代下的仿真误差。4.根据权利要求3所述的一种脆性材料本构模型参数优化方法，其特征在于，所述仿真误差包括第一误差、第二误差和第三误差；所述第一误差的计算公式为：其中，Error1表示第一误差；Sd1表示将优化参数值输入第一残余穿深测试侵彻仿真模型得到的模拟计算残余穿深；所述第一残余穿深测试侵彻仿真模型为采用第一设定型号的弹体侵彻第一设定厚度的脆性材料时，构建的残余穿深测试侵彻仿真模型；Td1表示采用第一残余穿深测试侵彻仿真模型对应的实际结构进行试验时的实测残余穿深；Pd1表示第一残余穿深测试侵彻仿真模型对应的弹体在残余穿深测试支撑背板上的威力穿深；Δ1表示采用第一残余穿深测试侵彻仿真模型模拟计算时的设定误差值；所述第二误差的计算公式为：其中，Error2表示第二误差；Sd2表示将优化参数值输入第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王扬卫，安瑞，付强，谈燕，程焕武，程兴旺，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：