[發(fā)明專利]一種基于多目標(biāo)優(yōu)化的材料參數(shù)逆向識(shí)別方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211344518.8
• 申請(qǐng)日: 2022-10-31
• 公開（公告）號(hào): CN115597967A
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李宇罡;吳杰;張小濤;殷成棟;張凱翔;馮奕鳴;耿繼偉;陳東;王浩偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/08
• 分類號(hào): G01N3/08
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 孟旭彤

本發(fā)明提供一種基于多目標(biāo)優(yōu)化的材料參數(shù)逆向識(shí)別方法，包括：對(duì)金屬材料開展室溫下的一系列不同應(yīng)變水平的拉?壓對(duì)稱循環(huán)塑性變形試驗(yàn)；提取最大應(yīng)變水平的拉?壓對(duì)稱循環(huán)塑性變形數(shù)據(jù)中的工程循環(huán)應(yīng)力?應(yīng)變曲線，并轉(zhuǎn)化為真實(shí)循環(huán)應(yīng)力?應(yīng)變曲線；提取所有拉伸半循環(huán)的真實(shí)應(yīng)力?應(yīng)變曲線，確定每個(gè)拉伸半循環(huán)的楊氏模量和初始屈服強(qiáng)度，計(jì)算所有循環(huán)平均的楊氏模量和初始屈服強(qiáng)度；從第一個(gè)拉伸半循環(huán)的真實(shí)應(yīng)力?應(yīng)變曲線中確定非線性隨動(dòng)硬化參數(shù)；從所有循環(huán)的真實(shí)應(yīng)力?應(yīng)變曲線中計(jì)算各向同性應(yīng)力?累積塑性應(yīng)變曲線，并擬合確定各向同性硬化參數(shù)；建立有限元模型，采用多目標(biāo)優(yōu)化算法，逆向識(shí)別得到非線性混合硬化本構(gòu)模型材料參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料力學(xué)性能表征技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于多目標(biāo)優(yōu)化的材料參數(shù)逆向識(shí)別方法。

背景技術(shù)

金屬材料的循環(huán)塑性變形行為的數(shù)值仿真研究一直是固體力學(xué)、材料科學(xué)與工程等學(xué)科領(lǐng)域的一項(xiàng)重點(diǎn)，對(duì)于金屬構(gòu)件的疲勞行為研究、疲勞壽命預(yù)測(cè)以及抗疲勞技術(shù)和方法的發(fā)展等均具有重要的理論價(jià)值和實(shí)踐指導(dǎo)意義。

非線性混合硬化本構(gòu)模型因其對(duì)金屬材料在循環(huán)塑性變形過(guò)程中的循環(huán)硬化/軟化行為和包申格效應(yīng)均具有較好的描述能力，在金屬材料循環(huán)塑性變形行為數(shù)值仿真中得到了大量而廣泛的應(yīng)用。

材料參數(shù)的快速精確識(shí)別對(duì)于非線性混合硬化本構(gòu)模型的應(yīng)用至關(guān)重要。現(xiàn)有材料參數(shù)識(shí)別方法主要包括兩類：(1)基于理論公式計(jì)算的手動(dòng)識(shí)別方法；(2)基于最優(yōu)化的自動(dòng)逆向識(shí)別方法。方法(1)從非線性混合硬化本構(gòu)模型的理論公式出發(fā)，通過(guò)對(duì)公式進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)操作，結(jié)合線性擬合，即識(shí)別出材料參數(shù)的具體值，簡(jiǎn)便易行。但方法(1)對(duì)于循環(huán)塑性試驗(yàn)數(shù)據(jù)的使用極不充分，識(shí)別精度欠佳。例如，對(duì)于包括楊氏模量E、初始屈服強(qiáng)度σ₀、隨動(dòng)硬化參數(shù)C_k和γ_k在內(nèi)的多個(gè)材料參數(shù)的識(shí)別通常僅會(huì)用到全部循環(huán)塑性數(shù)據(jù)當(dāng)中的單個(gè)循環(huán)的數(shù)據(jù)，而其他循環(huán)的數(shù)據(jù)則并未被使用。方法(2)則通常將方法(1)的識(shí)別結(jié)果作為初值，并在此基礎(chǔ)上指定各個(gè)參數(shù)的變化范圍，然后建立循環(huán)塑性試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的數(shù)值仿真模型，通過(guò)將仿真所得數(shù)據(jù)與循環(huán)塑性試驗(yàn)實(shí)測(cè)所得數(shù)據(jù)的差異設(shè)定為優(yōu)化目標(biāo)，采用最優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)非線性混合硬化本構(gòu)模型的自動(dòng)逆向識(shí)別。與方法(1)相比，方法(2)的優(yōu)化目標(biāo)的設(shè)定充分利用了全部循環(huán)塑性數(shù)據(jù)，從而使得非線性混合硬化本構(gòu)模型材料參數(shù)的識(shí)別更加高效、精確。但方法(2)也存在明顯的局限性，比如，數(shù)據(jù)僅來(lái)自于單個(gè)加載條件下的循環(huán)塑性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以便通過(guò)單目標(biāo)最優(yōu)化的方式實(shí)現(xiàn)逆向識(shí)別。這就導(dǎo)致方法(2)無(wú)法充分考慮金屬材料在其他加載條件下的循環(huán)塑性變形行為。或者采用多個(gè)加載條件下的循環(huán)塑性試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)將不同加載條件下的多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)直接加和，從而簡(jiǎn)單、粗暴地將多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題強(qiáng)行轉(zhuǎn)化為某一單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。

因此，如何建立一種基于多目標(biāo)優(yōu)化的非線性混合硬化本構(gòu)模型材料參數(shù)逆向識(shí)別方法成為亟待解決的重要問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉、運(yùn)算高速精確、簡(jiǎn)單易行的基于多目標(biāo)優(yōu)化的材料參數(shù)逆向識(shí)別方法。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種基于多目標(biāo)優(yōu)化的材料參數(shù)逆向識(shí)別方法，包括以下步驟：

對(duì)金屬材料開展室溫下的一系列不同應(yīng)變水平的拉-壓對(duì)稱循環(huán)塑性變形試驗(yàn)，獲取金屬材料在室溫下的循環(huán)塑性變形數(shù)據(jù)；

提取最大應(yīng)變水平的拉-壓對(duì)稱循環(huán)塑性變形數(shù)據(jù)中的工程循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并將工程循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線轉(zhuǎn)化為真實(shí)循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線；

提取所有拉伸半循環(huán)的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，確定每個(gè)拉伸半循環(huán)的楊氏模量和初始屈服強(qiáng)度，計(jì)算所有循環(huán)平均的楊氏模量和初始屈服強(qiáng)度；

從第一個(gè)拉伸半循環(huán)的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線中確定非線性隨動(dòng)硬化參數(shù)；