金属材料的弹塑性本构模型参数平均化的获取方法技术

本发明专利技术公开了一种金属材料的弹塑性本构模型参数平均化的获取方法，包括以下步骤：对圆棒试样拉伸获得工程应力应变曲线，再转化为真应力应变曲线；对真应力应变曲线拟合获得本构模型拟合参数；通过有限元计算得到圆棒试样拉伸位移与拉伸载荷仿真曲线，将仿真曲线与试验曲线对比确定本构模型参数合理性；将圆棒试样试验段分成若干区域并赋予本构模型参数，然后拉伸模拟得到拉伸位移与拉伸载荷仿真曲线，将仿真曲线与试验曲线对比确定本构模型参数平均化；通过有限元计算得到平均化工程应力应变曲线，再转化为平均化真应力应变曲线并拟合获得平均化本构模型参数

【技术实现步骤摘要】
金属材料的弹塑性本构模型参数平均化的获取方法


[0001]本专利技术属于金属材料力学性能评价与结构强度数值分析
，具体涉及一种金属材料的弹塑性本构模型参数平均化的获取方法
。

技术介绍

[0002]在航空
、
航天
、
汽车
、
船舶
、
核电等诸多行业的金属材料关键结构件的初始设计阶段，结构件的刚性和强度是首先必须满足的条件
。
金属材料的弹塑性本构模型是结构件刚性与强度分析的基础，弹塑性本构模型参数的合适与否直接影响结构件刚性与强度数值分析的准确度和可靠性
。
[0003]为了减小单向光滑圆棒试样拉伸试验偏差对构建金属材料弹塑性本构模型的影响，工程师往往开展一定数量的重复试验，但是光滑圆棒试样单向拉伸试验所获得的工程应力
‑
应变曲线具有分散性，曲线与曲线呈交错排布，应该选用哪条工程应力
‑
应变曲线开展弹塑性本构模型参数的拟合，目前还没有统一的标准
。
[0004]为了方便应用，工程中主要提出了两种曲线平均化的方法：一种是通过肉眼识别将趋势位于曲线分散带中间的那条曲线作为拟合曲线；另一种是通过对多条曲线在同一横坐标下对纵坐标数值进行平均以构建平均的工程应力
‑
应变曲线，进而转换为真应力
‑
应变曲线拟合出弹塑性本构模型参数
。
这两种工程应用方法都存在明显缺陷：第一种方法需要一定经验且肉眼所挑选的曲线的走势很难恰好位于曲线分散带中间；第二种方法是简单的数值平均化方法，该方法不能表现出金属材料的分散性物理含义且针对具有严重偏离倾向的曲线难以有效的平均
。
鉴于此，要想准确地获得金属材料的弹塑性本构模型参数，需要建立一种非直接数值平均且具有物理意义的可工程应用的应力
‑
应变平均化方法，以获得更为准确有效的金属材料的弹塑性本构模型参数
。
[0005]申请公布号为
CN114927175A
的专利技术专利公开了一种用于材料拉伸本构参数拟合的高通量计算方法，包括以下步骤：获取目标材料的热拉伸试验数据；构建
JC
本构关系模型；基于热拉伸试验数据，通过高通量改进算法对
JC
本构关系模型中的本构参数进行拟合计算；本构参数拟合计算步骤具体为：定义损失函数；将热拉伸试验数据划分为训练集和测试集；基于训练集，采用随机梯度下降法进行损失函数最小化的
JC
本构关系模型训练；采用测试集对当前
JC
本构关系模型进行参数调整，得到训练好的
JC
本构关系模型；根据训练好的
JC
本构关系模型确定出目标材料的本构参数
。
该技术方案仅针对目标材料构建本构关系模型，不同的材料需要构建不同的本构关系模型，而且在同一个几何模型中只有一组本构关系模型，使得最后拟合出来的本构参数不具有平均化效果
。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种金属材料的弹塑性本构模型参数平均化的获取方法，按照先后顺序包括以下步骤：
[0007]步骤一：制备若干个用于拉伸试验的光滑圆棒试样，并分别对其进行拉伸试验，获
得若干条光滑圆棒试样的工程应力
‑
工程应变曲线，并将若干条工程应力
‑
工程应变曲线分别转化为真应力
‑
真应变曲线；
[0008]步骤二：选取一种弹塑性本构模型，并使用该种弹塑性本构模型分别对若干条光滑圆棒试样的真应力
‑
真应变曲线进行拟合，获得若干组弹塑性本构模型的拟合参数；
[0009]步骤三：将若干组拟合参数
、
弹性模量和泊松比导入有限元模拟仿真软件中，并通过有限元模拟仿真软件计算得到若干条光滑圆棒试样的试验段的拉伸位移与拉伸载荷之间的仿真曲线，同时通过拉伸试验获得的试验数据绘制若干条光滑圆棒试样的试验段的拉伸位移与拉伸载荷之间的试验曲线，将若干条仿真曲线分别与其对应的试验曲线进行对比，确定若干组弹塑性本构模型参数的合理性；
[0010]步骤四：在有限元模拟仿真软件中建立光滑圆棒试样的几何模型，将光滑圆棒试样的试验段和夹持段均随机分成若干个区域，在试验段的若干个区域和夹持段的若干个区域分别随机赋予已确定合理性的若干组弹塑性本构模型参数；
[0011]步骤五：对已赋予若干组弹塑性本构模型参数的光滑圆棒试样添加约束和载荷条件，进行拉伸模拟仿真试验，并计算得到光滑圆棒试样的试验段的拉伸位移与拉伸载荷之间的仿真曲线；
[0012]步骤六：将光滑圆棒试样的几何模型复原，重新在试验段的若干个区域和夹持段的若干个区域分别随机赋予已确定合理性的若干组弹塑性本构模型参数；然后对已赋予若干组弹塑性本构模型参数的光滑圆棒试样添加约束和载荷条件，进行拉伸模拟仿真试验，并计算得到光滑圆棒试样的试验段的拉伸位移与拉伸载荷之间的仿真曲线；
[0013]步骤七：重复步骤六若干次，计算得到若干条光滑圆棒试样的试验段的拉伸位移与拉伸载荷之间的仿真曲线，同时通过拉伸试验获得的试验数据绘制若干条光滑圆棒试样的试验段的拉伸位移与拉伸载荷之间的试验曲线；将步骤五至步骤七中获得的若干条仿真曲线与若干条试验曲线进行对比，确定弹塑性本构模型参数是否达到平均化；
[0014]步骤八：在确定弹塑性本构模型参数达到平均化的前提下，通过有限元模拟仿真软件计算得到若干条具有弹塑性本构模型参数平均化的工程应力
‑
工程应变曲线，并将若干条具有弹塑性本构模型参数平均化的工程应力
‑
工程应变曲线分别转化为具有弹塑性本构模型参数平均化的真应力
‑
真应变曲线；
[0015]步骤九：使用步骤二中选取的弹塑性本构模型分别对若干条具有弹塑性本构模型参数平均化的真应力
‑
真应变曲线进行拟合，即可获得若干组平均化的弹塑性本构模型参数
。
[0016]优选的是，步骤一中，所述光滑圆棒试样的数量至少为五个，所述光滑圆棒试样的尺寸均相同
、
材质均相同，所述光滑圆棒试样的材质为金属材料
。
[0017]在上述任一方案中优选的是，步骤二中，所述弹塑性本构模型包括率无关
Mises
型多线性各向同性硬化模型
、
率无关
Hill
型多线性各向同性硬化模型
、
率无关
Mises
型多线性随动硬化模型
、
率无关
Hill
型多线性随动硬化模型
、
率无关
Mises
型
Chaboche
模型
、
率无关
Hill
型
Chaboche
模型
、...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种金属材料的弹塑性本构模型参数平均化的获取方法，按照先后顺序包括以下步骤：步骤一：制备若干个用于拉伸试验的光滑圆棒试样，并分别对其进行拉伸试验，获得若干条光滑圆棒试样的工程应力
‑
工程应变曲线，并将若干条工程应力
‑
工程应变曲线分别转化为真应力
‑
真应变曲线；步骤二：选取一种弹塑性本构模型，并使用该种弹塑性本构模型分别对若干条光滑圆棒试样的真应力
‑
真应变曲线进行拟合，获得若干组弹塑性本构模型的拟合参数；步骤三：将若干组拟合参数
、
弹性模量和泊松比导入有限元模拟仿真软件中，并通过有限元模拟仿真软件计算得到若干条光滑圆棒试样的试验段的拉伸位移与拉伸载荷之间的仿真曲线，同时通过拉伸试验获得的试验数据绘制若干条光滑圆棒试样的试验段的拉伸位移与拉伸载荷之间的试验曲线，将若干条仿真曲线分别与其对应的试验曲线进行对比，确定若干组弹塑性本构模型参数的合理性；步骤四：在有限元模拟仿真软件中建立光滑圆棒试样的几何模型，将光滑圆棒试样的试验段和夹持段均随机分成若干个区域，在试验段的若干个区域和夹持段的若干个区域分别随机赋予已确定合理性的若干组弹塑性本构模型参数；步骤五：对已赋予若干组弹塑性本构模型参数的光滑圆棒试样添加约束和载荷条件，进行拉伸模拟仿真试验，并计算得到光滑圆棒试样的试验段的拉伸位移与拉伸载荷之间的仿真曲线；步骤六：将光滑圆棒试样的几何模型复原，重新在试验段的若干个区域和夹持段的若干个区域分别随机赋予已确定合理性的若干组弹塑性本构模型参数；然后对已赋予若干组弹塑性本构模型参数的光滑圆棒试样添加约束和载荷条件，进行拉伸模拟仿真试验，并计算得到光滑圆棒试样的试验段的拉伸位移与拉伸载荷之间的仿真曲线；步骤七：重复步骤六若干次，计算得到若干条光滑圆棒试样的试验段的拉伸位移与拉伸载荷之间的仿真曲线，同时通过拉伸试验获得的试验数据绘制若干条光滑圆棒试样的试验段的拉伸位移与拉伸载荷之间的试验曲线；将步骤五至步骤七中获得的若干条仿真曲线与若干条试验曲线进行对比，确定弹塑性本构模型参数是否达到平均化；步骤八：在确定弹塑性本构模型参数达到平均化的前提下，通过有限元模拟仿真软件计算得到若干条具有弹塑性本构模型参数平均化的工程应力
‑
工程应变曲线，并将若干条具有弹塑性本构模型参数平均化的工程应力
‑
工程应变曲线分别转化为具有弹塑性本构模型参数平均化的真应力
‑
真应变曲线；步骤九：使用步骤二中选取的弹塑性本构模型分别对若干条具有弹塑性本构模型参数平均化的真应力
‑
真应变曲线进行拟合，即可获得若干组平均化的弹塑性本构模型参数
。2.
根据权利要求1所述的金属材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彦菊，贾旭，沙爱学，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：