[發明專利]一種耐火材料斷裂參數的優化方法、系統、裝置及介質

有效

• 申請號: 201910180579.7
• 申請日: 2019-03-11
• 公開（公告）號: CN110032765B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 潘麗萍;賀鑄;李亞偉;金勝利;戴亞潔;劉少杰
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立;姜展志

本發明涉及一種耐火材料斷裂參數的優化方法、系統、裝置及介質，方法包括對耐火材料試件進行劈裂實驗，得到實驗位移載荷曲線，并根據所述實驗位移載荷曲線建立所述耐火材料試件中裂紋面的內聚力模型；建立所述裂紋面進行所述劈裂實驗的有限元幾何模型，并根據所述內聚力模型對所述有限元幾何模型進行仿真模擬，得到仿真位移載荷曲線；將所述仿真位移載荷曲線和所述實驗位移載荷曲線進行對比，得到殘差向量；利用NL2SOL優化方法對所述殘差向量進行迭代優化，得到所述耐火材料試件的斷裂參數的優化值。本發明更準確更完整地模擬劈裂實驗中的位移載荷曲線，并得到更準確更真實的斷裂參數，計算量較小，計算精度高，誤差小，魯棒性強，普適性高。

技術領域

本發明涉及耐火材料技術領域，尤其涉及一種耐火材料斷裂參數的優化方法、系統、裝置及介質。

背景技術

耐火材料在使用過程中會受一定溫度梯度的熱沖擊，因此耐火材料抵抗熱沖擊的能力是影響其是否可使用的關鍵因素。現場使用是驗證耐火材料抗熱沖擊性的直接方法，但費用高、危險性大，容易造成不必要的損失。理論研究指出提高斷裂能有助于提高材料的抗熱沖擊性。

目前楔形劈裂法比較適合于測定耐火材料的斷裂能。該方法采用較大的塊狀的耐火材料試件1，在該耐火材料試件1上按一定尺寸預制凹槽和裂紋通道形成如圖1所示的結構。在楔形劈裂法實驗中，在耐火材料試件1上分別加上楔形塊2、支撐塊3和傳動輥4；通過在楔形塊2上以一定速率加載垂直力F_V，該垂直力F_V通過兩根傳動輥4轉換成均勻的水平力F_H傳遞給支撐塊3，再由支撐塊3傳遞至耐火材料試件1的兩側，在水平力F_H的作用下，裂紋在預制裂紋通道內生成，并得到如圖2所示的位移載荷曲線。

楔形劈裂法在測試過程中裂紋能穩定擴展，并能通過實測的位移載荷曲線來計算獲得材料的斷裂能。但是實驗過程中，為保證設備安全性往往在載荷達到最大值的一定值時(如圖2中所示的0.15F_V,max)停止實驗，導致實驗不能得到完整的位移載荷曲線圖，所計算的材料斷裂能也并不是材料的總斷裂能。

為進一步獲取材料的真實應力/位移軟化曲線和總斷裂能，需要進行準確的斷裂參數計算以及使用適合非線性斷裂問題的應力軟化本構關系(其中，斷裂參數包括斷裂能、彈性模量和最大法向拉伸應力等)。在以往的研究中，學者普遍展開針對材料應力軟化本構關系的研究，例如瑞典隆德大學學者Hillerborg在混凝土受剪切破壞問題中，采用雙線性應力軟化本構關系，結合三點彎曲試驗方法，獲得準確的拉伸應力及斷裂能等值。隨后韓國高級科學技術研究所學者Kim的研究也驗證了該本構關系在分析混凝土早期斷裂特性中的可行性。

但是這些方法中存在以下幾個問題：

1、大部分采用材料非線性本構模型，無法計算斷裂能；

2、不能準確完整模擬材料在劈裂實驗中的位移載荷曲線，不能得到真實的斷裂參數；

3、在優化過程中殘差不能達到局部最小值，因此位移載荷曲線的峰值處實驗與模擬結果吻合度不好；且優化方法不能適用于所有的情況，普適性差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種計算量小、計算精度高、誤差低和魯棒性強的耐火材料斷裂參數的優化方法、系統、裝置及介質，以解決現有方法中不能準確完整地模擬耐火材料在楔形劈裂實驗中的位移載荷曲線，不能得到真實的斷裂參數的問題。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種耐火材料斷裂參數的優化方法，包括以下步驟：

步驟1：對耐火材料試件進行劈裂實驗，得到實驗位移載荷曲線，并根據所述實驗位移載荷曲線建立所述耐火材料試件中裂紋面的內聚力模型；