考虑热粘塑性钛合金动态本构关系及其实验验证

由于钛合金在冲击载荷作用下的特殊力学性能,经典Johnson-Cook本构模型不能很好地描述钛合金在高应变率下的热粘塑性变形,以及因热黏塑性耗散而导致温度应力降低的定量关系。作者提出功热转换系数β与应变率ε·之间的指数关系,发展了一种修正的Johnson-Cook模型,建立了应变率、热粘塑性耗散功与温度应力降低的函数关系,并引入以最小二乘法为目标函数的局域搜索优化算法,能快速确定修正方程中的各待定参数,最后采用修正本构模型的增量形式描述了Ti-6Al-4V钛合金在应变控制条件下不同应变率、温度下的单轴动态应力-应变曲线,数值模拟和文献中实验数据吻合良好。

钛合金动态本构模型参数敏感度分析及识别方法

为分析钛合金动态本构模型参数的敏感度,克服传统单因素分析法的弊端,采用拉丁超立方抽样方法在整个参数空间中抽样,利用非参数统计方法中的Spearman秩相关分析法对本构参数随机输入样本集与其对应的目标函数输出结果集作相关性分析。建立了用Spearman秩相关系数等效求解参数敏感度的表达式,进而实现了参数敏感度的整体性分析,提高了参数敏感度分析结果的可靠性。基于参数敏感度分析结果,为减少本构模型参数识别的计算量,快速、精确、可靠地搜索最优解,建立了基于改进小生境算法、可疑峰值点判断策略和局域精确搜索技术的改进遗传算法。该方法克服了基本遗传算法存在的无法同时满足精度、可靠性和节省计算时间的缺陷,避免了容易产生早熟现象,增强了局部寻优能力。数值计算结果表明,提出的方法显著提高了遗传算法的全局搜索能力且计算精度高。提出的参数敏感度整体性分析方法和改进遗传算法不仅能很好地实现钛合金的动态本构参数识别,而且对其他工程材料本构参数的高精度识别具有重要参考价值。