[發明專利]一種準確描述金屬材料局部塑性變形行為的方法

在審

• 申請號: 202010724552.2
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111967173A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 曹俊;馬衛鋒;李付國;王珂;任俊杰;聶海亮;黨偉;莫子雄
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

1.一種準確描述金屬材料局部塑性變形行為的方法，其特征在于，包括如下過程：

通過對不同特性的本構方程進行加權設計，得到加權本構方程；

將加權本構方程嵌入有限元模擬的子程序中，建立金屬材料單軸拉伸變形的有限元模型，并進行有限元模擬，獲得力與位移曲線；

將有限元模擬的力與位移曲線與單軸拉伸試驗獲得的力與位移曲線進行對比，根據有限元模擬的力與位移曲線與單軸拉伸試驗獲得的力與位移曲線的差異，調整加權本構方程的加權因子與次本構方程系數，使得有限元模擬的力與位移曲線與單軸拉伸試驗獲得的力與位移曲線一致；利用此時的加權本構方程描述金屬材料局部塑性變形行為。

2.根據權利要求1所述的一種準確描述金屬材料局部塑性變形行為的方法，其特征在于，加權本構方程如下：

σ＝qK(ε_p+ε₀)ⁿ+(1-q)f(ε_p)

其中，q為加權因子，K為強度系數，n為應變硬化指數，ε₀為預應變，ε_p為塑形應變，σ為真應力，K(ε_p+ε₀)ⁿ為Swift主本構方程，f(ε_p)為次本構方程，f(ε_p)根據金屬材料的局部塑性變形階段與均勻變形階段應變區間的比較來選擇；

選擇時，當局部塑性變形階段的應變區間小于均勻變形階段時，選用Voce方程為次本構方程；當局部塑性變形階段的應變區間大于均勻變形階段多項式方程時，選用四次多項式為次本構方程；

其中，Voce本構方程為：

σ＝σ₀-σ₀Aexp(-βε_p)

式中，σ₀為飽和應力，A和β為Voce方程材料系數；

四次多項式本構方程為：

式中，a，b，c，d，e為四次多項式的系數。

3.根據權利要求2所述的一種準確描述金屬材料局部塑性變形行為的方法，其特征在于，當次本構方程為Voce本構方程時，加權本構方程中K、n、ε₀、σ₀、A和β的獲取方法如下：

根據單軸拉伸標準試驗，獲得工程應力應變曲線與力與位移曲線，對均勻變形階段的工程應力應變曲線利用下面公式進行換算：

σ＝s(1+e)

ε＝ln(1+e)

其中，s工程應力，e為工程應變，ε為真應變；

對彈性階段線性擬合獲得彈性模量E，然后通過ε-ε/E對數據處理得到ε_p，最后對σ與ε_p的數據利用σ＝K(ε_p+ε₀)ⁿ和σ＝σ₀-σ₀Aexp(-βε_p)進行擬合，獲取K、n、ε₀、σ₀、A和β參數值。

4.根據權利要求2所述的一種準確描述金屬材料局部塑性變形行為的方法，其特征在于，當次本構方程為四次多項式時，加權本構方程中次本構方程系數的初始值獲取過程如下：

根據單軸拉伸標準試件的工程應力應變曲線的頸縮階段形式，初步給出一個頸縮后的加權本構方程初步曲線點，這個初步曲線點以σ＝K(ε_p+ε₀)ⁿ外延曲線為基準上浮或下降，然后進行擬合，獲得一個四次多項式，以該四次多項式為初步次本構方程。