[發明專利]一種基于反演優化算法的蠕變本構參數獲取方法

在審

• 申請號: 202011072292.1
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112149334A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 胡緒騰;胡賢明;郭秩維;葉文明;宋迎東
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 施昊

本發明公開了一種基于反演優化算法的蠕變本構參數獲取方法，通過蠕變試驗獲得蠕變變形響應曲線；基于真應力?真應變表示的蠕變曲線擬合得到初始蠕變本構參數，采用大變形有限元方法計算高溫構件在給定載荷下的蠕變變形響應曲線；快速集成和耦合有限元仿真軟件，實現自動調用仿真軟件進行計算，并對初始蠕變本構參數進行反演優化，從而得到最優的蠕變本構參數。本發明彌補了現有技術中采用擬合參數計算的變形曲線與試驗變形曲線差距較大的缺陷，且操作簡單。

技術領域

本發明屬于高溫結構強度技術領域，特別涉及了一種蠕變本構參數獲取方法。

背景技術

在持續載荷作用下，航空發動機的高溫構件經過一定的時間會發生不可恢復的蠕變變形，經過足夠長的時間后會發生斷裂失效。構件在恒定載荷下直至失效所經歷的時間稱為構件的持久壽命(或稱應力斷裂壽命)。對于在高溫下使用的金屬構件，為了使其具有滿足要求的使用壽命，在設計時需要合理控制其應力水平，使其在工作溫度下的持久壽命滿足要求。此外除了滿足壽命要求，還需要對結構的蠕變變形進行限制，防止轉靜子碰摩或影響發動機結構裝拆。因此，對結構材料的蠕變變形行為和壽命規律進行試驗研究和理論分析研究對發動機高溫部件設計具有重要意義。

目前，國內外已提出許多不同形式的蠕變本構模型，雖然可在較大范圍內對試驗蠕變曲線進行擬合，但獲得的蠕變本構模型材料參數在用仿真軟件進行計算時卻不能對材料在不同條件下的蠕變響應進行準確描述，恒定載荷下高溫蠕變拉伸試驗試樣因內部真實應力變化導致擬合得到的本構參數用于計算時未能準確描述蠕變曲線全過程。

發明內容

為了解決上述背景技術提到的技術問題，本發明提出了一種基于反演優化算法的蠕變本構參數獲取方法，使得仿真軟件的計算能對材料在不同條件下的蠕變響應進行準確描述。

為了實現上述技術目的，本發明的技術方案為：

一種基于反演優化算法的蠕變本構參數獲取方法，通過蠕變試驗獲得蠕變變形響應曲線；基于真應力-真應變表示的蠕變曲線擬合得到初始蠕變本構參數，采用大變形有限元方法計算高溫構件在給定載荷下的蠕變變形響應曲線；快速集成和耦合有限元仿真軟件，實現自動調用仿真軟件進行計算，并對初始蠕變本構參數進行反演優化，從而得到最優的蠕變本構參數。

進一步地，包括以下步驟：

(1)根據單軸蠕變試驗獲得高溫構件在不同溫度和應力下的蠕變位移-時間曲線，即試驗得到的蠕變變形響應曲線；

(2)基于真應力-真應變表示的蠕變曲線擬合得到初始蠕變本構參數；

(3)采用大變形有限元方法計算高溫構件在給定載荷下的蠕變變形響應曲線，獲取優化前的蠕變計算數據和命令流文件；

(4)利用Isight軟件快速集成和耦合有限元仿真軟件，實現自動調用仿真計算；

(5)基于反演優化算法，對初始蠕變本構參數進行優化，實現單個或多個應力條件下的蠕變計算數據優化，使計算得到的蠕變變形響應曲線與試驗得到的蠕變變形響應曲線的殘差和最小，得到最優的蠕變本構參數。

進一步地，在步驟(3)中，采用ANSYS有限元仿真軟件對高溫構件的蠕變響應進行計算分析。

進一步地，在步驟(3)中，有限元計算得到的蠕變位移值中已減去彈塑性位移值。

進一步地，在步驟(3)中，根據高溫構件的幾何和載荷情況建立有限元模型，計算模型在給定載荷下的蠕變變形響應曲線，導出命令流文件。

進一步地，在步驟(4)中，將所述命令流文件導入Isight軟件并進行集成設置，實現自動調用ANSYS仿真軟件進行仿真計算。

進一步地，在步驟(5)中，采用Hooke-jeeves優化算法。

采用上述技術方案帶來的有益效果：