基于人工神经网络智能算法的9310钢本构模型优化

目的研究9310钢在变形温度为800~1200℃、应变速率为0.01~50s-1和高度压下量为70%条件下的热变形行为,建立预测效果相对较好的9310钢本构模型。方法使用Gleeble-3800热模拟机对9310钢进行等温恒应变速率热压缩实验,基于热压缩实验数据,分析了应变速率对9310钢流动软化效应的影响,建立了考虑应变补偿的Arrhenius本构模型与支持向量回归(SVR)本构模型,并进行了模型精度分析,之后引入人工神经网络(ANN)智能算法优化了Arrhenius本构模型。结果与变形温度相比,应变速率对9310钢流动软化效应的影响更为显著。相较于支持向量回归(SVR)本构模型,考虑应变补偿的Arrhenius本构模型精度更高,其相关系数R为0.9934,平均相对误差(AARE)和均方误差(MSE)分别为0.0556和89.362,它在预测高应变速率(1、10、50 s-1)流动应力时出现了较大偏差,经ANN智能算法优化后,相关系数R提高至0.9991,AARE和MSE分别降至0.0199和9.998,且绝对误差在±10MPa以内的预测流动应力占比为98.34%。结论在低应变速率(0.01 s-1)下软化效应更强,在高应变速率(10 s-1)下再结晶程度较低,软化效应较弱。ANN智能算法优化后的Arrhenius本构模型具有较高的精度,能较准确地预测9310钢的流动行为。

电磁成形中材料本构模型研究进展

电磁成形过程中金属板料经历宽应变率范围内的复杂载流高速变形,其宏微观行为与常规准静态成形过程存在显著差异,因此传统本构理论不能被完全应用于这一过程的精确预测。为此,首先总结了电磁成形中材料宏观力学行为及微观组织演变机理的特点,论述了本构建模的必要性、可行性及建模关键点。接着综述了适用于电磁成形过程的高速本构模型与载流变形本构模型的建模思想、应用效果及其先进性与局限性。最后,展望了宽应变率、宽温度范围适用的耦合电致塑性效应的机理型本构建模所面临的挑战。

一种将线性粘弹微分型本构方程应用到ABAQUS的方法

以3参量Merchant模型、Poyning-Thomson模型,以及4参量Burger模型为例,推导3种常用微分型本构方程的松弛剪切模量Prony级数形式,并确定其在ABAQUS中的输入参数,供ABAQUS调用分析.以算例分析岩土流变性态,将3种模型的应变蠕变、松弛数值解与一维情形下的解析解进行对比,结果吻合较好.对土体采用Merchant粘弹性流变模型的过江盾构隧道进行粘弹性数值分析,得到管片位移均趋于稳定值,说明所提出的方法是正确和可靠的,可以应用于岩土工程数值计算.

冲击破坏条件下煤的强度型统计损伤本构模型与分析

为研究冲击作用下煤体破坏特征,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统对取自苇町矿的煤样进行了不同冲击载荷条件下的动态冲击试验,分析了煤在冲击载荷条件下的动态力学特性。试验结果表明煤是一种典型的率相关材料,弹性模量和抗压强度均随应变率的增大而增大。根据岩石力学的强度理论和统计损伤理论,建立了煤的强度型统计损伤本构模型,给出了模型参数的确定方法,验证了模型的正确性。对比分析了元件型统计损伤本构模型和强度型统计损伤本构模型的优劣,分析确定了强度型统计损伤本构模型的准确性与合理性。研究结果表明:强度型统计损伤本构模型结构简单,引入参数少,物理意义清晰,能够有效地描述煤体冲击破坏过程中的动态力学性质;相较于元件型统计损伤本构模型,利用强度型统计损伤本构模型拟合的相关性系数更高,与试验结果保持了很好的一致性,具有更好的普适性。

沥青混合料增量型热粘弹性本构关系研究

基于热粘弹性力学理论,就不同的温度条件下沥青混合料的应力松弛特征开展了试验研究,用广义Maxwell模型模拟沥青混合料的粘弹特性,应用热流变简单材料的时温等效原理对实验结果进行了分析和参数拟合,然后通过理论推导得到沥青混合料非定常和非均匀变温条件下增量型热粘弹性本构关系;在此基础上,给出利用此增量型应力应变本构关系进行沥青路面热粘弹性力学分析的数值实现方法,并给出一个计算实例。

具有分数导数型本构关系的粘弹性柱的动力稳定性

研究简支的受轴向周期激励的粘弹性柱动力稳定性 ,柱的材料满足分数导数型本构关系· 建立了描述粘弹性柱动力学行为的弱奇异性Volterra积分_偏微分方程 ,利用Galerkin方法将其化归为弱奇异性Volterra积分_常微分方程· 利用平均化方法的思想给出了粘弹性柱运动稳定状态的存在性条件· 给出一种新的计算方法 ,克服了存储整个响应历史数据的困难 ,并给出了数值算例 。

车用木橡胶减震器动态力学性能及Johnson-Cook型本构方程

【目的】分析车用木橡胶减震器的力学性能求得车用木橡胶减震器Johnson-Cook型本构方程,并检验求得的本构方程对车用木橡胶减震器应力与应变关系的描述是否准确。【方法】选用密度0.439 g·cm^3、含水率约12%的小兴安岭红松木块及弹性好、黏接强度高、胶层柔韧、耐冲击、耐震动的氯丁胶作为试验原料,利用微米长木纤维成型机床沿纵向将干燥后的红松木块加工成微米级木纤维然后将加工好的木纤维放入揉丝机揉搓至宽度为1~2 mm、长度为15~30 mm的微米木丝再通过备料、称重、拌胶、模压、保压、卸模等工艺制备出车用木橡胶减震器试样。利用分离式霍普金森压杆对车用木橡胶减震器试样进行动态压缩试验,获得应变率为1 250,1 500,1 750 s^(-1)时木橡胶减震器的波形曲线。最后利用试验数据及Origin软件确定车用木橡胶减震器Johnson-Cook型本构方程的参数从而初步得到车用木橡胶减震器的Johnson-Cook本构方程,并对比试验曲线与Johnson-Cook型本构方程拟合曲线的拟合程度。【结果】模压出φ10mm×10mm的车用木橡胶减震器试样通过对试样进行动态压缩试验得到应变率为1 250,1500,1750 s^(-1)时车用木橡胶减震器的应力一应变曲线,利用试验所得数据建立车用木橡胶减震器的Johnson-Cook本构方程:σ=[21+0.329(ε)1.16]×[1+0.148ln(ε)]。[结论]车用木橡胶减震器对应变率比较敏感,能够实现较大的变形,并且在3种应变率下,流动应力的最大值均不小于12 MPa,远远超过目前较广泛应用于减震的氯丁橡胶和泡沫橡胶的最大许用应力,并且车用木橡胶的韧性及吸收能量的性能要比氯丁橡胶及泡沫橡胶好。通过对试验后试样的损伤进行观察,发现当应变率为1 500 s^(-1)时车用木橡胶减震器试样上出现450的表面裂纹并且车用木橡胶减震器的破坏形式均以胶的破坏为主。在观察试验曲线与Johnson-Cook型本构方程拟合曲线的拟合程度后,可以发现在应变较小时,求得的Johnson-Cook型本构方程对车用木橡胶减震器应力与应变关系的描述比较准确,尤其在应变率为1 250 s^(-1)且应变小于0.056时,拟合值与试验值几乎完全吻合。

FeCrNi合金静动态物理本构模型研究

以金属材料塑性变形的位错动力学为基础,将FeCrNi合金的流动应力分解为非热应力和热激活应力两部分.通过对该合金屈服应力随温度变化特性、屈服应力的应变速率特性、孪晶组织的温度特性及位错组态的应变速率特性进行分析,认为非热应力不只是应变的函数,还与温度和应变速率相关,因此对Johnson-Cook模型方程形式进行修正以描述非热应力.同时认为影响热激活应力的微结构参数主要为位错阻碍间距△l,定义并推导出表征△l演化的g函数的表达式,将其引入Kocks的热激活方程,从而建立FeCrNi合金的物理型本构模型.该模型初步实现了对FeCrNi合金从室温到高温、从准静态到动态塑性变形行为的描述.

基于Weibull统计理论的混凝土率型损伤本构模型研究

为研究混凝土在股役期间的材料特性,进行了不同应变速率下(10^(-5),10^(-4),10^(-3)和10^(-2)/s)的混凝土单轴受压试验,分析了混凝土材料基本力学特性,试验结果表明:随着应变速率的提高,峰值应力和初始弹性模量呈现增大的趋势,峰值应力的变化规律并不明显。基于Weibull和Lognormal统计分布理论,以及Lemaitre应变等效原理,引入应变速率因素,构建出混凝土材料分段式率型单轴受压损伤本构模型。依据试验数据,确定了所建立的率型损伤本构模型参数;给出了不同速率下混凝土单轴受压应力-应变和损伤变化规律曲线。结果表明:建立的混凝土率型本构模型能够反映不同应变速率下混凝土单轴受压损伤全过程。

Jaumann率型一维大变形本构关系的双曲线模型

鉴于 Jaumann 率型本构关系难以得到应力应变全量之间的严格解析形式,采用有限元法研究了一维大变形过程中Kirchhoff 应力和 Green 应变之间的变化规律。首先,基于虚功原理推导了完全拉格朗日描述的大变形有限元方程,然后提出了模拟大变形本构关系的双曲线模型和割线模量处理方法。算例分析结果表明,双曲线模型能够较好地拟合大变形本构关系。大变形计算本构关系应当考虑初始孔隙比的影响。

岩石在冲击载荷下的过应力本构模型研究

采用分离式霍布金森压杆(SHPB)试验系统对深井软岩材料进行动态力学性能测试,测试的应力–应变曲线表现出显著的塑性变形特性。基于修正的过应力模型本构方程,根据01 E(t)/E的变化量与应变率和应变之间的函数关系,采用量纲一化分析法对修正的过应力模型本构方程进行简化,得到简化的过应力模型本构方程;考虑动载作用下损伤对岩石动载强度的影响,将连续损伤理论和统计强度理论引入到简化的过应力模型本构方程,建立简化的损伤型过应力模型本构方程,使得本构模型方程适用于动态全程应力–应变曲线。采用简化的损伤型过应力模型本构方程对实测曲线进行曲线拟合,实测曲线和拟合曲线两者具有很好的一致性。

用KBKZ型本构方程表征Boger流体黏弹性

用4个KBKZ积分型本构方程(Wagner模型、PSM模型、2e模型以及3r模型)描述了一种Boger流体的黏弹性.采用最小二乘法拟合G＇和G＂获得材料的松弛时间谱,采用非线性规划方法拟合N1得到各模型的衰减函数参数.结果表明,4个模型都可以准确地表征该Boger流体的 流变特性.由于Wagner模型、PSM模型较简单,选择这 两个模型表征Boger流体的黏弹性是合适的.

一种岩石概率型本构及其应用

在岩石材料非均匀特性的基础上,建立了弹塑性概率材料本构.认为材料单元的切线模量与破坏强度都是服从二参数weibull分布的随机量,通过用户材料子程序将该本构导入到LS-DYNA3D中,推导了程序流程,分析了导入过程中的关键技术.算例验证表明,应用该本构模拟得出的现象与实验观测完全一致, 这是确定性本构无法实现的.

一种用于热端部件高温蠕变分析的统一型粘塑性本构模型──模型分析之一

为了描述韧性材料的率相关力学行为，提出了一个具有“过应力”特征的统一型粘塑性本构模型。通过模型分析的方法，将该模型与典型的Ｂｏｄｎｅｒ－ｐａｒｔｏｍ统一型粘塑性本构模型进行了对比分析。重点考察了该模型对工程材料三种基本变形过程的描述能力：（１）瞬时塑性。（２）循环塑性。（３）蠕变变形（包括应力松驰、蠕变恢复）。

基于Sigma点全局迭代参数卡尔曼滤波的折线型本构模型参数识别

折线型本构模型控制参数少,物理意义明确,但其数学表达式复杂因而识别困难。针对折线型本构模型的参数识别,提出基于Sigma点变换的全局迭代参数卡尔曼滤波算法。所提方法以待识别参数作为状态向量,降低状态向量维度,减少计算量;基于Sigma点卡尔曼滤波避免求解雅克比(Jacobian)矩阵,实现非连续型函数本构模型的参数识别;通过设定目标函数进行全局迭代,以获得最优解。由于非线性系统下一时刻响应与历史路径有关,量测更新时由初始时刻计算到当前时刻。最后,在地震荷载下,将隔震支座系统简化为单自由度双线性模型,将桥墩简化为单自由度Takeda模型,根据该文所提出的方法理念,分别基于无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)、容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filter,CKF)和球面单纯形径向容积正交卡尔曼滤波(spherical simplex-radial cubature quadrature Kalman filter,SSRCQKF)采样规则识别折线型本构模型参数。结果表明所提方法能够准确识别非线性参数,同时具有较强的鲁棒性,不同滤波器收敛过程及结果也有所差异。

基于逆向拟合法的H13钢J-C本构修正模型

为了简化材料J-C本构模型的建立过程,提出一种基于自定义函数确定本构模型参数的逆向拟合法;通过准静态拉伸实验和霍普金森压杆实验获得H13钢在应变率为1~15000s^-1,温度为298~1073K条件下的真应力-真应变曲线;在总结不同的H13钢J-C本构模型并确定各材料参数范围的基础上,利用J-C本构函数对真应力-真应变曲线进行自定义函数逆向拟合,从而获得H13钢J-C本构模型在不同条件下的材料参数,并进一步建立材料参数关于温度和应变率的关系函数,确定H13钢在大应变率和高温条件下的J-C本构模型。研究结果表明:本文建立的修正型J-C本构模型能够真实地反映H13钢的流变行为。

超弹性体的一个率型本构关系

利用张量函数求梯度的定义，文中导出了各向同性超弹性体的率型本构表达形式；作为实例，将其应用于Ｍｏｏｎｅｙ－Ｒｉｖｌｉｎ型的一类橡胶材料。本文是文献［２］的继续和发展。

具有分数导数本构关系的粘弹性Timoshenko梁的静动力学行为分析

利用粘弹性材料的三维分数导数型本构关系 ,建立粘弹性Timoshenko梁的静、动力学行为研究的数学模型 ;分析Timoshenko梁在阶跃载荷作用下的准静态力学行为 ,得出了问题的解析解 ,考察了一些材料参数对梁的挠度的影响· 基于模态函数讨论了粘弹性Timoshenko梁在横向简谐激励作用下的动力响应 。

低碳合金钢高温本构方程及动态再结晶行为研究

利用Gleeble-3800热模拟机对典型低碳合金钢实施了变形温度900-1100℃,应变速率0.01、0.1、1.0和10 s^（-1）,最大真应变为0.6的等温压缩模拟试验。通过对试验数据的回归分析,建立了应变为0.3的表观常数与物理常数Arrhenius型本构方程、动态再结晶动力学模型及运动学模型。结果表明：表观常数与物理常数Arrhenius型本构方程预测值与试验值的相关系数分别为0.9921和0.9879,平均相对误差值分别为3.6753%和5.4266%;临界应变与峰值应变之间存在关系：εc=0.4969εp;在变形温度900-1100℃,应变速率0.01 s^（-1）与变形温度1000-1100℃,应变速率0.1 s^（-1）试验条件下材料发生明显动态再结晶。