[發明專利]一種交變載荷下基于3D本構模型擺輾效應分析方法

在審

• 申請號: 201810356678.1
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108664709A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 劉崢;蔡改貧
• 申請（專利權）人: 江西理工大學南昌校區
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 包曉靜

1.一種交變載荷下基于3D本構模型擺輾效應分析方法，其特征在于，所述交變載荷下基于3D本構模型擺輾效應分析方法，利用MATLAB軟件對振動擺動輾壓粘彈塑性本構模型進行3D體積效應和表面效應分析，通過多參數耦合模擬振動擺動輾壓過程中的接觸邊界對三維接觸問題進行描述；利用彈性力學中的廣義胡克定律及塑性力學中的增量理論分別推導了粘彈性空間矩陣及粘塑性空間矩陣，并以此建立振動擺動輾壓成形中的表面效應分析模型；通過提出合理的假設，對在不同振型參數下的振動擺動輾壓模型進行有限元模擬分析及表面效應分析。

2.如權利要求1所述的交變載荷下基于3D本構模型擺輾效應分析方法，其特征在于，所述交變載荷下基于3D本構模型擺輾效應分析方法包括以下步驟：

(1)利用三維本構模型，建立在不同振動信號下振動擺輾系統的的三維粘彈塑性模型的顯示表達式；

(2)確定有關的工藝參數和振動參數，并結合塑性變形應力應變假設，找到工藝參數和振形參數的最佳匹配方案；

(3)通過多參數耦合機制，對模型本構關系、邊界條件、載荷條件進行歸納總結，從而進一步研究其3D成形機理；

(4)根據理論研究確定振動輾壓成形工藝參數、振型參數等，組織實驗，在線檢測成形各參數，以此驗證前期的理論研究并對其進一步修正完善；

(5)通過MATLAB及MARC對模型進行分析及計算。

3.如權利要求1所述的交變載荷下基于3D本構模型擺輾效應分析方法，其特征在于，所述粘彈性空間矩陣[D]的推導過程為：

在粘彈塑性本構模型的粘彈性部分，彈性部分和粘性部分并聯，在所有時刻，兩個部分的伸長ε始終是相同的，總作用力σ被分為σ'(彈性)和σ(粘性)；

彈性應力σ′_e＝Eε_e

粘性應力

彈性總應力

設有初始條件ε(0)＝0，聯立方程可求得：

在三維粘彈本構模型中，對于各向同性材料，當變形很小且在線彈性范圍內，線應變只與正應力有關，而與切應力無關，切應力只與切應變有關而與正應力無關，這樣可得：

把上式寫成矩陣形式，為

簡記為：{ε}＝[D]^-1{σ}變換可得：{σ}＝[D]·{ε}

即粘彈性空間矩陣[D]為

4.如權利要求1所述的交變載荷下基于3D本構模型擺輾效應分析方法，其特征在于，粘塑性空間矩陣[D]^p推導過程為：

材料到達塑性后，忽略彈性變形部分，即得總應變等于塑性應變，即材料符合剛塑性模型，即dε＝dε^e+dε^p≈dε^p；

得到粘塑性空間矩陣方程為式：

5.如權利要求1所述的交變載荷下基于3D本構模型擺輾效應分析方法，其特征在于，采用位移加載的方式進行有限元模擬，加載的位移歷程如下式所示：

(1)普通擺動輾壓時的位移加載歷程：

(2)振動擺動輾壓時的位移加載歷程：

式中，U-加載位移(mm),t-加載時間(s),A-振幅(mm),f-振動頻率(Hz),n-擺頭轉速(r/min),S-每轉進給量(mm/r)。