[發明專利]干沙動力學仿真的離散元參數自動標定方法

在審

• 申請號: 202210094586.7
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114444367A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 崔云霄;宋詩謙;黎小毛;孔德騫;丁倩彬;趙艷;寇猛
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63653部隊
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F30/23;G06F30/27;G16C60/00;G01N3/307;G01N3/62;G06F119/14
• 代理公司: 廣東知產貓知識產權代理有限公司 44513
• 代理人: 萬吉麗

本發明涉及干沙動力學技術領域，特別是涉及干沙動力學仿真的離散元參數自動標定方法，1.獲取干沙動力學實驗數據；2.構建干沙動力學實驗仿真模型；3.自動標定控制參數。本發明是一種可用于仿真干燥細沙在動態加載(如炸藥爆炸、高速碰撞、航天返回艙著陸沖擊)條件下力學行為(如力?位移曲線、應力?應變曲線、干沙飛散速度)仿真的離散元參數的自動標定方法，可滿足不同應用場合下快速獲取干沙動力學仿真參數的技術要求。

技術領域

本發明涉及干沙動力學技術領域，特別是涉及干沙動力學仿真的離散元參數自動標定方法。

背景技術

干燥細沙材料常用于槍彈破片的人員防護，也可以用于工程結構的抗爆炸毀傷防護。為了評估這些防護措施的有效性，需要掌握干沙的動力學行為，除了開展現場實驗進行考核之外，一般可以通過數值仿真方法來評估分析。但是，干沙的動力學行為非常復雜，在靜止時表現為顆粒集合體整體響應，在流動時又呈現典型流體響應。基于連續方法的數值仿真技術，難以描述干沙的大變形和顆粒群飛散，離散元法提供了一種仿真該動力學行為的優良途徑。然而，離散元的控制參數，如法向和切向的剛度系數、阻尼系數和摩擦系數，難以通過常規的材料性能實驗結果直接進行標定。要準確獲取符合應用實際的干沙的離散元參數取值非常困難，一般是通過反分析的辦法實現的，即根據實驗建立數值計算模型，不斷手動調整控制參數的取值，根據仿真分析結果去逼近實驗結果，該過程需要逐個調整控制參數的取值，人工對比實驗結果以獲取最接近的參數值。人工方式標定離散元參數需要耗費大量人力，調試周期較長，且因各參數之間存在一定關聯，給出的參數取值難以保證精度。因此，急需開發標定速度快、取值精度高的自動標定方法，以滿足國內相關行業數值仿真和工程應用的需求。

發明內容

本發明的目的在于提供壓干沙動力學仿真的離散元參數自動標定方法，本發明是一種可用于仿真干燥細沙在動態加載(如炸藥爆炸、高速碰撞、航天返回艙著陸沖擊)條件下力學行為(如力-位移曲線、應力-應變曲線、干沙飛散速度)仿真的離散元參數的自動標定方法，可滿足不同應用場合下快速獲取干沙動力學仿真參數的技術要求。

為實現上述目的，本發明的目的是按如下步驟實現的：1.獲取干沙動力學實驗數據；2.構建干沙動力學實驗仿真模型；3.自動標定控制參數。

本發明提供如下技術方案：

(一)獲取干沙動力學實驗數據

針對干沙開展基于霍普金森壓桿裝置的動力學實驗：所用實驗裝置包括子彈、整形器、入射桿、第一應變片、套筒、干沙試樣、墊片、第二應變片、透射桿、發射裝置、緩沖裝置等部件，在入射桿和透射桿中部表面黏貼第一應變片和第二應變片，搭建動態測試系統，配套的動態測試系統包括動態應變儀和示波器。干沙試樣夾持于入射桿和透射桿之間，加工鋼質套筒作為試樣的側限約束，為便于裝配，在干沙試樣兩側添加與入射桿材質相同的薄墊片。測量得到的入射桿和透射桿的應變時程數據作為自動標定的來源。

(二)構建干沙動力學實驗仿真模型

根據實驗建立數值仿真計算模型，包括入射桿、套筒、干沙試樣、墊片、透射桿等部件，干沙試樣采用離散元模型描述，其余部件采用有限元模型描述。仿真程序輸出透射桿中部表面的應變數據供自動標定對比之用，應變仿真數據文件可以是二進制或ASCII格式的，便于自動標定程序讀取。

(三)自動標定控制參數

將仿真輸出的透射桿應變曲線包絡面積與實測的透射桿應變曲線包絡面積之差最小作為優化目標。構建響應元模型(如多項式響應面、前饋神經網絡、徑向基函數網絡、Kriging、支持向量回歸等)，根據標定的離散元控制參數(法向和切向的剛度系數、阻尼系數和摩擦系數)及其取值范圍，實現待標定參數取值的采樣設計(如D-Optimal、拉丁超立方、空間填充等實驗設計法)，利用域縮減序貫優化策略對元模型及采樣設計進行優化(如蛙跳算法、遺傳算法、自適應模擬退火算法)，最終實現離散元控制參數的自動標定。