[發(fā)明專利]基于聚類全局優(yōu)化算法預測材料力學行為的方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201410090479.2 | 申請日: | 2014-03-12 |
| 公開(公告)號: | CN103853927B | 公開(公告)日: | 2017-04-05 |
| 發(fā)明(設(shè)計)人: | 高麗紅;王揚衛(wèi);范群波;王富恥;馬壯;黃志鵬 | 申請(專利權(quán))人: | 北京理工大學 |
| 主分類號: | G06F19/00 | 分類號: | G06F19/00 |
| 代理公司: | 北京理工大學專利中心11120 | 代理人: | 仇蕾安,李愛英 |
| 地址: | 100081 *** | 國省代碼: | 北京;11 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 基于 全局 優(yōu)化 算法 預測 材料力學 行為 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種預測材料力學行為的方法,更確切的說,特別涉及了一種基于聚類全局優(yōu)化算法預測材料力學行為的方法,屬于材料力學行為本構(gòu)方程模擬技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
高速沖擊下材料動態(tài)力學行為研究對材料在沖擊環(huán)境下的應(yīng)用具有重要意義。許多工程應(yīng)用都涉及到高速應(yīng)變變形問題,例如軍事上的穿甲和爆破、工業(yè)上的高速切削和爆炸成型以及汽車碰撞過程等,均與材料在沖擊載荷、高應(yīng)變率下的形變與破壞密切相關(guān)。預測并掌握高應(yīng)變率下材料動態(tài)力學行為及其變形機制,可為高性能材料的設(shè)計與制備提供實驗和理論依據(jù)。
材料在一定變形條件下應(yīng)力隨塑性應(yīng)變變化的規(guī)律由本構(gòu)方程描述,本構(gòu)方程參數(shù)是一切動態(tài)力學數(shù)值模擬的前提,因此準確的材料本構(gòu)方程參數(shù)對動態(tài)力學研究至關(guān)重要。J-C本構(gòu)模型是由Johnson和Cook于1983年針對金屬材料在大變形、高應(yīng)變速率和高溫條件下的流變行為提出的一種經(jīng)驗模型,雖然模型也存在一些問題,但由于其形式簡單,參數(shù)少容易獲取,使用方便,因而在工程中得到了廣泛應(yīng)用,在許多動力學有限元分析軟件中都使用此模型。該模型的原始形式表述如下:
式中σ為真應(yīng)力,ε為真塑性應(yīng)變;為無量綱塑性應(yīng)變率,為參考塑性應(yīng)變率,為實際應(yīng)變率;
T*=(T?Tr)/(Tm—Tr)為無量綱溫度,T實際溫度,Tr為參考溫度(室溫),Tm為材料的熔點;式中A,B,C,n,m為5個待定系數(shù)。
傳統(tǒng)人工測定J-C本構(gòu)方程參數(shù)的方法是根據(jù)各參數(shù)在方程中的表現(xiàn)形式設(shè)計一系列不同實驗條件(不同應(yīng)變率,不同溫度)實驗,通過各參數(shù)相對應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變曲線經(jīng)過線性擬合,逐一測定,該方法忽略了各參數(shù)之間的耦合作用,不一定是全局最優(yōu)解,且人為影響因素較大,費時費力。
全局優(yōu)化算法是求解非線性函數(shù)的有效方法,是將函數(shù)值設(shè)為目標函數(shù),自變量設(shè)為優(yōu)化變量,通過優(yōu)化自變量,可求得函數(shù)的全局極值。聚類全局優(yōu)化算法將所有參與搜索的點只計算一遍,這將大大減小了計算時間,并增加了找到全局極小值的概率。在高度非線性、計算量大、模型的復雜問題中,該算法的優(yōu)點將更加凸顯。
聚類全局優(yōu)化算法優(yōu)化計算過程如圖1所示:
(1)將均勻分布在最初x維空間的k個點添加到當前采樣的坐標系中。在當前的坐標系中所選擇的k個點中有只有p個點使優(yōu)化問題的評價函數(shù)最優(yōu);
(2)對這些p點應(yīng)用聚類程序進行聚類分析。如果所有的點都屬于上述集群,則轉(zhuǎn)到步驟(4)。否則將p設(shè)成是未聚類點的數(shù)量;
(3)將局部搜索程序應(yīng)用到這些p點。如果找到一個新的局部極小值,則轉(zhuǎn)到步驟(1),在局部最小周圍鄰域的k個點作為新的啟動點;
(4)在所有局部極小值中找到全局最小值,優(yōu)化過程結(jié)束。
目前,還沒有利用聚類全局優(yōu)化算法來確定J-C本構(gòu)方程參數(shù)的方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于聚類全局優(yōu)化算法預測材料力學行為的方法,該方法能夠準確、自動、快速、低成本地測定可靠的J-C本構(gòu)方程參數(shù),并基于J-C本構(gòu)方程預測出材料力學行為。
實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
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