[發明專利]一種基于化學反應的材料力學性能統一表征方法

在審

• 申請號: 201910493312.3
• 申請日: 2019-06-06
• 公開（公告）號: CN110376054A
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 游卓;黎煥敏;張滿弓;張安付;蔡琛;何鵬;胡旭;趙愛國;吳濤;趙志高;張昊;錢家昌;肖國林;王磊;陳虹
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一九研究所
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N33/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 廖輝

1.一種基于化學反應的材料力學性能統一表征方法，其特征在于，該方法的實現步驟如下：

步驟一：測量樣品的尺寸參數；

步驟二：利用靜動態綜合試驗獲得樣品的力-位移-時間曲線數據，試驗過程為加載→保載→動態循環加載→卸載或者其他自定義過程；

步驟三：在基于化學反應的材料彈性本構模型中輸入試驗過程參數：起點、加載速率、終點、保載時間、動態加載頻率和振幅；

步驟四：將力-位移-時間曲線數據導入基于化學反應的材料彈性本構模型；

步驟五：通過優化算法自動擬合本構模型中的各項參數。

2.如權利要求1所述的基于化學反應的材料力學性能統一表征方法，其特征在于，所述基于化學反應的材料彈性本構模型定義為：

E_(t)＝E₁+Σ(E_t1+E_t2+…+E_ti+…+E_tn) (式1)

其中：

E_(t)為t時刻材料表現出的彈性模量；

E₁為材料不隨時間變化的彈性項，為線彈性或超彈性；

E_ti(i＝1,2,…,n)為第i種與應變相關的化學反應機理的瞬時彈性項，式2為針對可表現出常規的蠕變性能表征的一種E_ti的表達方式：

E_ti＝T_(i)×c_(i) (式2)

其中：

T_(i)為彈性常數，單位與彈性模量一致；

c_(i)為第i種瞬時彈性項對應的相關物質或過程的殘留水平項，如應變、某種化學鏈的錯動還未發生的量，對應化學反應中反應物的濃度；

仍以蠕變為例，c_(i)隨時間發生變化率可表示為：

dc_(i)/dt＝c^R(i)×e^-N(i) (式3)

其中：

R_(i)為化學反應級數；

e為自然常數；

N_(i)為第i種瞬時彈性項對應的反應活性項，N_(i)是常數或與應變相關的線性項；

材料的彈性模量隨時間的動態變化過程可通過用上述模型隨時間的積分獲得，用微分方程表示為：

dx/dt＝S/E_(t) (式4)

其中x為應變,S為應力。

3.如權利要求1或2所述的基于化學反應的材料力學性能統一表征方法，其特征在于，所述材料力學性能包括彈性、粘性、阻尼、蠕變、馬林斯效應和松弛效應。

4.如權利要求3所述的基于化學反應的材料力學性能統一表征方法，其特征在于，所述步驟一利用直尺或游標卡尺等工具測量樣品的尺寸參數，尺寸參數包括試樣長度、寬度、直徑或高度。

5.如權利要求4所述的基于化學反應的材料力學性能統一表征方法，其特征在于，所述步驟五中通過優化算法自動擬合本構模型中的各項參數的過程如下：

(1)撒點，假設多組材料本構參數；

(2)正向推演：根據假設的本構，按照試驗過程，求解以各項反應機理的反應速率(阿累尼烏茲公式)的常微分方程的數值解，獲得樣品應變的隨時間的變化率，從而獲得樣品理論的力-位移-時間曲線；

(3)與試驗曲線比對，計算當前組的偏差；

(4)根據偏差對假設值進行修正；

(5)采用優化算法迭代執行上述過程，獲得偏差最小、魯棒性最好的本構參數曲線。

6.如權利要求5所述的基于化學反應的材料力學性能統一表征方法，其特征在于，所述優化算法采用基因優化算法或深度學習算法。