基于优化算法及压痕形貌的金属塑性力学参数表征

相比于需要特定形状尺寸试样的传统力学测试手段,压入法具有试样加工方便及可实现原位测试等优点,针对现有压入表征法对所采集压入载荷-深度曲线的依赖性,通过作为压入后材料塑性力学性能直观响应的残余压痕形貌有效获取金属塑性力学参数可提供一种新的压入表征方法;本研究通过Instron万能材料试验机开展了紫铜/镁合金的球形压入测试,基于轮廓形态系统对压入测试后的残余压痕形貌进行扫描并将所得形貌特征作为后续研究的数据基础;将压入数值模拟与实验测试所得残余压痕形貌的对比结果作为拟合优度,对传统Nelder-Mead算法在参数筛除、预处理、重复性判断及收敛条件方面进行改进,以保证进入数值计算的材料参数的合理性并提高计算效率,基于Abaqus二次开发结合改进的Nelder-Mead算法进行参数寻优以得到紫铜/镁合金的相关塑性参数;将由Instron万能材料试验机拉伸测试表征所得紫铜/镁合金的相关塑性参数值作为对照标准,给出了算法寻优结果的相对误差,并验证了所提出基于优化算法及残余压痕形貌获取金属塑性参数方法的有效性,相关研究提供了一种新的有效表征金属力学性能参数的方法.