[发明专利]温度和应力三维分布检测方法、系统、存储介质

说明书

本发明属于材料加工处理技术领域，公开了一种温度和应力三维分布检测方法、系统、存储介质，所述温度和应力三维分布检测方法包括：建立分析分数阶应变率的三维广义热弹耦合模型；采用拉普拉斯变换和傅里叶变换求解热弹耦合控制方程；获得分数阶应变率对温度和应力三维分布的影响规律。系统包括：模型建立模块，用于建立分析分数阶应变率的三维广义热弹耦合模型；控制方程求解模块，用于采用拉普拉斯变换和傅里叶变换求解热弹耦合控制方程；影响规律获取模块，用于获得分数阶应变率对温度和应力三维分布的影响规律。本发明可以准确预测超短脉冲激光作用下材料表面的温度和应力变化，为现场工程师进行材料加工提供设计和施工参考。

技术领域

本发明属于材料加工处理技术领域，尤其涉及一种温度和应力三维分布检测方法、系统、存储介质。

背景技术

目前，材料加工处理过程中，某些材料要求在进一步加工处理之前，使用超短脉冲激光将材料预先加热至接近熔化状态，比如钢的硬化过程。在这种情况下，粘弹性模型更适合于这种预热材料。自从Abel首次将分数阶微积分用于求解等时曲线问题的积分方程后，分数阶微积分被广泛应用于热传导、粘弹性、扩散等领域，并对其物理模型进行了修正。目前，学者们在将分数阶微积分引入到傅里叶定律和非傅里叶定律热传导方程方面做了大量工作，但很少有人将分数阶微积分引入到经典弹性理论中。针对时间极短情形下超快加热的响应问题，应变率的影响将变得更加重要，可以考虑将分数阶微积分引入到应变中。最近，相关学者通过将分数阶引入到应力-应变本构关系，推导了一个新的热弹性理论，使得人们对材料变形的时间历史有了新的认识。

但上述研究仅限于将考虑分数阶应变率的广义热弹耦合模型应用于一维问题。然而，关于考虑分数阶应变率的三维热弹耦合问题的研究尚未报道，这在材料加工应用中非常重要，尤其是对于预热的材料，因为粘弹性本构模型更适合描述材料中的力学现象。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：超短脉冲激光处理材料表面时，作用时间极短，很难通过实验手段直接测量到材料表面温度及应力变化，亟需建立合理的理论模型预测时间极短情形下超快加热的热弹响应问题。

解决以上问题及缺陷的难度为：如何将分数阶应变率引入到应力-应变本构关系并利用拉普拉斯反变换和傅里叶反变换获得结构的三维热弹性响应是问题的关键。

解决以上问题及缺陷的意义为：通过将分数阶微积分引入到应力-应变本构模型中，考虑分数阶应变率对变形的影响，从而可以准确预测超短脉冲激光作用下材料表面的温度和应力变化，为现场工程师进行材料加工提供设计和施工参考。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种考虑分数阶应变率的温度和应力三维分布求解方法、系统、存储介质。

本发明是这样实现的，一种温度和应力三维分布检测方法，所述温度和应力三维分布检测方法包括：

第一步，超短脉冲激光设备对材料预先加热处理时，通过模型建立模块建立分析分数阶应变率的三维广义热弹耦合模型；

第二步，通过控制方程求解模块采用拉普拉斯变换和傅里叶变换求解热弹耦合控制方程；

第三步，通过影响规律获取模块获得分数阶应变率对温度和应力三维分布的影响规律。

进一步，所述分析分数阶应变率的三维广义热弹耦合模型为A_i,B_i的表达式：

A₁＝α₄B₁,A₂＝α₄B₂；

其中，