[發明專利]溫度和應力三維分布檢測方法、系統、存儲介質

有效

• 申請號: 202010437122.2
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111625952B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 薛章納;劉建林;趙德敏;王子棟
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 馬金華

本發明屬于材料加工處理技術領域，公開了一種溫度和應力三維分布檢測方法、系統、存儲介質，所述溫度和應力三維分布檢測方法包括：建立分析分數階應變率的三維廣義熱彈耦合模型；采用拉普拉斯變換和傅里葉變換求解熱彈耦合控制方程；獲得分數階應變率對溫度和應力三維分布的影響規律。系統包括：模型建立模塊，用于建立分析分數階應變率的三維廣義熱彈耦合模型；控制方程求解模塊，用于采用拉普拉斯變換和傅里葉變換求解熱彈耦合控制方程；影響規律獲取模塊，用于獲得分數階應變率對溫度和應力三維分布的影響規律。本發明可以準確預測超短脈沖激光作用下材料表面的溫度和應力變化，為現場工程師進行材料加工提供設計和施工參考。

技術領域

本發明屬于材料加工處理技術領域，尤其涉及一種溫度和應力三維分布檢測方法、系統、存儲介質。

背景技術

目前，材料加工處理過程中，某些材料要求在進一步加工處理之前，使用超短脈沖激光將材料預先加熱至接近熔化狀態，比如鋼的硬化過程。在這種情況下，粘彈性模型更適合于這種預熱材料。自從Abel首次將分數階微積分用于求解等時曲線問題的積分方程后，分數階微積分被廣泛應用于熱傳導、粘彈性、擴散等領域，并對其物理模型進行了修正。目前，學者們在將分數階微積分引入到傅里葉定律和非傅里葉定律熱傳導方程方面做了大量工作，但很少有人將分數階微積分引入到經典彈性理論中。針對時間極短情形下超快加熱的響應問題，應變率的影響將變得更加重要，可以考慮將分數階微積分引入到應變中。最近，相關學者通過將分數階引入到應力-應變本構關系，推導了一個新的熱彈性理論，使得人們對材料變形的時間歷史有了新的認識。

但上述研究僅限于將考慮分數階應變率的廣義熱彈耦合模型應用于一維問題。然而，關于考慮分數階應變率的三維熱彈耦合問題的研究尚未報道，這在材料加工應用中非常重要，尤其是對于預熱的材料，因為粘彈性本構模型更適合描述材料中的力學現象。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：超短脈沖激光處理材料表面時，作用時間極短，很難通過實驗手段直接測量到材料表面溫度及應力變化，亟需建立合理的理論模型預測時間極短情形下超快加熱的熱彈響應問題。

解決以上問題及缺陷的難度為：如何將分數階應變率引入到應力-應變本構關系并利用拉普拉斯反變換和傅里葉反變換獲得結構的三維熱彈性響應是問題的關鍵。

解決以上問題及缺陷的意義為：通過將分數階微積分引入到應力-應變本構模型中，考慮分數階應變率對變形的影響，從而可以準確預測超短脈沖激光作用下材料表面的溫度和應力變化，為現場工程師進行材料加工提供設計和施工參考。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種考慮分數階應變率的溫度和應力三維分布求解方法、系統、存儲介質。

本發明是這樣實現的，一種溫度和應力三維分布檢測方法，所述溫度和應力三維分布檢測方法包括：

第一步，超短脈沖激光設備對材料預先加熱處理時，通過模型建立模塊建立分析分數階應變率的三維廣義熱彈耦合模型；

第二步，通過控制方程求解模塊采用拉普拉斯變換和傅里葉變換求解熱彈耦合控制方程；

第三步，通過影響規律獲取模塊獲得分數階應變率對溫度和應力三維分布的影響規律。

進一步，所述分析分數階應變率的三維廣義熱彈耦合模型為A_i,B_i的表達式：

A₁＝α₄B₁,A₂＝α₄B₂；

其中，