[發明專利]基于反向有限元法小沖桿試驗摩擦系數確定方法

在審

• 申請號: 201611061243.1
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN106777544A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 關凱書;許立萌;郭林靈;黃瑞彬;付明雪;周騰飛
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 王敏杰

1.一種基于反向有限元法小沖桿試驗摩擦系數確定方法，應用于有限元模擬小沖桿試驗獲得材料的參數，其特征在于，所述方法包括：

步驟S1：確定試驗摩擦系數；具體包括：

-步驟S11：確定摩擦系數變化時小沖桿載荷-位移曲線的變化規律；

在小沖桿試驗的有限元數值模擬中，影響小沖桿載荷-位移曲線的主要因素有：真應力-應變曲線、摩擦系數、GTN模型參數；如果要利用小沖桿載荷-位移曲線逆向求得真應力-應變曲線，必須保證兩者之間具有唯一的對應關系，即小沖桿載荷-位移曲線不能夠受到摩擦系數和GTN模型參數的影響；通過調整摩擦系數大小來確定其對小沖桿位移載荷曲線的影響；

-步驟S12：小沖桿試驗接觸壓力的規律分析；

摩擦系數與接觸壓力之間是存在聯系；小沖桿試驗過程中鋼珠與試樣的接觸壓力很難通過實驗的方法獲得，只能使用數值模擬的方法對其進行研究；在ANSYS中建立和上一步相同的有限元模型，參數也同上一步，提取每一個載荷步的所有接觸單元的接觸壓力并提取平均值；對結果進行分析，總結出平均接觸壓力的規律；

-步驟S13：小沖桿試驗摩擦系數測量系統的設計；

步驟S11、S12中的分析結果提供小沖桿試驗中摩擦系數對載荷-位移曲線的影響情況，并得到在不同試樣變形下鋼珠與試樣的接觸壓力；在不改變夾具和加載系統的情況下，對試驗摩擦系數測量系統進行合理設計；

-步驟S14：小沖桿試驗摩擦系數的測量；

根據步驟S13中設計的測量系統，在有限元中建立有限元模型，反復調整摩擦系數的值，得到不同的模擬曲線；通過神經網絡，設置一個目標函數，當模擬曲線和試驗曲線滿足目標函數時，認為二者最為接近；此時的模擬中設置的摩擦系數與實驗中的一致；

步驟S2：進行斷裂韌性模擬。

2.一種基于反向有限元法小沖桿試驗摩擦系數確定方法，應用于有限元模擬小沖桿試驗獲得材料的參數，其特征在于，所述方法包括：

步驟S1：確定試驗摩擦系數；具體包括：

-步驟S11：確定摩擦系數變化時小沖桿載荷-位移曲線的變化規律；

-步驟S12：小沖桿試驗接觸壓力的規律分析；

-步驟S13：小沖桿試驗摩擦系數測量系統的設計；

根據步驟S11,步驟S12得到的結果設計了中心開孔的小沖桿試樣，且通過調整試樣中心孔的直徑來調整鋼珠和試樣接觸壓力的大小，最終確定了孔徑；

-步驟S14：小沖桿試驗摩擦系數的測量；

根據步驟S13中得到的中心開有一定直徑的圓孔的小沖桿試樣，進行有限元模擬；并將不同摩擦系數下的模擬曲線和實驗曲線進行對比，通過神經網絡設置目標函數，定義滿足某一目標函數時，二者最為接近，此時模擬曲線對應的摩擦系數即為實驗中的摩擦系數。

3.根據權利要求2所述的基于反向有限元法小沖桿試驗摩擦系數確定方法，其特征在于：

所述方法還包括：步驟S2、進行斷裂韌性模擬。

4.根據權利要求2所述的基于反向有限元法小沖桿試驗摩擦系數確定方法，其特征在于：

所述步驟S11中，在小沖桿試驗的有限元數值模擬中，影響小沖桿載荷-位移曲線的主要因素有：真應力-應變曲線、摩擦系數、GTN模型參數；如果要利用小沖桿載荷-位移曲線逆向求得真應力-應變曲線，必須保證兩者之間具有唯一的對應關系，即小沖桿載荷-位移曲線不能夠受到摩擦系數和GTN模型參數的影響；通過調整摩擦系數大小來確定其對小沖桿位移載荷曲線的影響。

5.根據權利要求2所述的基于反向有限元法小沖桿試驗摩擦系數確定方法，其特征在于：

所述步驟S12中，摩擦系數與接觸壓力之間是存在聯系；小沖桿試驗過程中鋼珠與試樣的接觸壓力很難通過實驗的方法獲得，只能使用數值模擬的方法對其進行研究；在ANSYS中建立和上一步相同的有限元模型，參數也同上一步，提取每一個載荷步的所有接觸單元的接觸壓力并提取平均值；對結果進行分析，總結出平均接觸壓力的規律。

6.根據權利要求2所述的基于反向有限元法小沖桿試驗摩擦系數確定方法，其特征在于：

所述步驟S13、S14之間還包括：證明開孔載荷-位移曲線與GTN模型參數的無關性；

鋼珠在于試樣接觸時，試樣會在一定區域內發生塑性變形，可能會造成材料的損傷；如果要從所設計的系統求得摩擦系數，那必須證明得到的載荷-位移曲線與GTN模型參數的無關性。