[發明專利]一種焊縫磁記憶信號特征識別方法

有效

• 申請號: 201810446218.8
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108875135B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 劉斌;鄭思檬;何璐瑤;劉子淇;羅寧;張賀;于小芮;任建
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01N27/82
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

1.一種焊縫磁記憶信號特征識別方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1)：建立磁力學模型

在外力作用下，晶體內部能量E表示為：

E＝T+U+E_xc (1)

其中，T為動能，U為庫倫勢能，E_xc為外力作用下電子之間的交換關聯能，包含了所有粒子之間的相互作用；

晶體內部的電子動能T和電子勢能U是電子密度函數ρ(r)的唯一泛函，則有：

其中，η為簡約普朗克常量，m為電子質量，e為電子電量，r、r'為不同的電子坐標，▽表示微分算子，Φ_i(r)表示基態電子波函數，ρ(r)表示電子密度函數；

由于金屬焊縫區摻雜粒子排列復雜，假設粒子之間的相互作用都并入交換關聯能E_xc中，系統內的動能和勢能不包含粒子之間的相互作用，則有：

∫dr'ρ_xc(r,r')＝-1 (5)

其中，ρ_xc(r,r')表示交換關聯空穴函數，將式(2)、(3)、(4)代入式(1)得到：

系統能量泛函E[ρ(r)]對電子密度函數變分得到單電子態下能量泛函的最佳形式，如式(7)；

其中，ε_i為拉格朗日乘子，V_eff(r)為有效勢，由晶格周期勢V(r)、庫侖勢V_c(r)和交換關聯勢V_xc(r)組成，即：

其中，e為常數，電子密度函數ρ(r)由基態電子波函數Φ_i(r)組成；通過求解式(8)中的基態電子波函數Φ_i(r)，得到電子密度分布函數ρ(r)的具體形式，因為電子密度分布函數ρ(r)與系統磁性具有密切聯系，將ρ(r)代入式(6)得到外力作用下系統能量E[ρ(r)]，進而研究焊縫高摻雜條件下磁力學關系；

步驟2)：超軟贗勢(USPP)平面波算法

當無外力作用時，焊縫區的價態電子與芯態電子在能帶結構上是區分的；當有外力作用時，能帶出現交疊，基態電子波函數Φ_i(r)；的求解困難；引入超軟贗勢，假設固體的磁力學性質主要由費米能級附近的價態電子決定，芯態電子對磁力學特性沒有貢獻，這樣求解基態電子波函數Φ_i(r)；

定義超軟贗勢中非定域贗勢算符V_NL為：

其中，n行m列投影算符β和系數D⁽⁰⁾分別表征贗勢和原子種類的差別，指數I對應于一個原子的位置；

則系統在外力作用下的交換關聯能E_xc[ρ(r)]用電子密度表示為：

其中，Q(r)是嚴格位于芯區的附加函數；

引入哈密頓重疊算符S：

其中，系數q是通過對Q(r)積分得到的，超軟贗勢方程寫為：

H|Φ_i＝ε_iS|Φ_i (13)

其中，H為哈密頓量代表了動能和定域勢能之和，如下所示：

其中，局域有效勢V_eff中包含離子實贗勢；

構建一個局域波函數，計算變量為：

|χ_n＝(ε_n-T-V_loc)|φ_n (16)

B_nm＝φ_n|χ_m (17)

q_nm＝∫drQ_nm(r) (19)

其中，χ_n為局域波函數，V_loc為局域勢，B_nm為矩陣內積，ψ表示全電子波函數，φ表示贗波函數；ε_n為參考能量；

采用去屏蔽方法計算

其中，為離子實贗勢，V_H(r)為Hartree勢和V_xc(r)為交換關聯勢；由式(16)～(20)確定超軟贗勢的定域部分通過式(21)、(22)得到V_eff，再將V_ef和式(15)代入式(14)得到H，再將H代入式(13)即求得Φ，將電子波函數Φ代入式(7)得到電子密度分布函數ρ(r)的具體形式，進而研究鐵磁性材料在外力場作用下的磁力學特性；

還包括用于驗證算法準確性的仿真建模部分，仿真建模部分以實際工程應用中的X80鋼為研究對象，建立磁力學模型；

X80鋼的母材和焊縫的摻雜成分有所不同，主要體現在焊縫所摻雜的Ni，Al元素含量比母材高，而Mn含量低；利用基于密度泛函理論的量子力學模塊CASTEP晶體庫建立Fe的模型，在獨立晶胞的a、b、c三個基矢方向分別進行擴展得到2×2×2超原胞結構；通過調整不同元素的含量來模擬母材和焊縫區域。

2.根據權利要求1所述一種焊縫磁記憶信號特征識別方法，其特征在于設定布里淵區采樣點k取8×8×8，平面波截止能取400eV，原子結合能的設定在0.01eV內，不同軌道電子之間的交換關聯能采用廣義梯度近似(generalized gradient approximation，GGA)函數處理電子之間的交換關聯能。