[发明专利]一种金属材料的J-C本构模型建立方法

说明书

本发明涉及激光冲击强化、材料本构领域，具体涉及一种金属材料的J‑C本构模型建立方法。包括，包括以下步骤：获取激光冲击强化区域的最大残余应力；对金属材料进行室温静态拉伸实验，得到工程应力‑应变曲线；将工程应力‑应变曲线转换为真应力‑真应变曲线；对真应力‑真应变曲线进行拟合，得到应变硬化函数中的参数A、B和n；根据激光冲击强化实验建立相应的有限元模型，得到应变率函数；预估应变率函数中的应变率系数C，并将C和参数A、B和n输入到有限元数值模拟仿真软件中，得到仿真的最大残余应力；判断误差e满足误差阈值，得到金属材料的J‑C本构模型。本发明不仅适用于单一变量的本构模型参数建立，还适用于多变量的本构模型的建立。

技术领域

本发明涉及激光冲击强化、材料本构领域，具体涉及一种金属材料的J-C本构模型建立方法。

背景技术

激光冲击强化(Laser shock processing，LSP)是一种利用强激光诱导的冲击波来强化金属的新技术，是目前国外应用广泛、前景广阔的先进表面强化技术，能够大幅度增强金属材料的耐久性。与传统表面强化技术相比，激光冲击处理除了带来更优的表面强化效果，其非接触强化的特点，更可以显著降低表面强烈塑性变形导致的粗糙度变化。激光冲击强化为表面强化工艺技术提供了宽广的选择余地。随着计算机技术的快速发展，有限元数值模拟仿真成为了工程应用领域的重要手段。在激光冲击强化领域，采用有限元数值模拟仿真的方法，能够对材料残余应力场和塑性变形进行准确预测，且极大地节约了时间和成本。

材料本构模型是进行激光冲击强化仿真工作不可或缺的部分，J-C本构模型是进行激光冲击强化仿真的最常用模型，当前的金属材料J-C本构模型的建立方法主要有膨胀环、分离式霍普金森杆实验、炸药爆轰和辐射等方法，以上方法不仅十分危险，而且实验装置复杂、成本极高，对金属材料J-C本构模型参数的建立带来极大地不便。因此，针对金属材料J-C本构模型难以建立的特点，提出一种低成本、操作方便、结果可靠的建立方法显得尤为重要。

发明内容

本发明目的是针对一些新材料因无动态本构模型而无法进行激光冲击强化有限元数值模拟的问题，提出了一种金属材料的J-C本构模型建立方法，能够为新材料激光冲击强化有限元数值模拟工作的开展提高方法指导。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种金属材料的J-C本构模型建立方法，通过激光冲击强化系统对金属材料进行激光冲击强化实验得到金属材料的特性参数，以及通过拉伸实验得到金属材料的特性曲线，根据特性参数和特性曲线建立金属材料的激光冲击强化有限元模型，通过试错方法最终获得用于高应变率作用下的有限元仿真的金属材料的J-C本构模型，以实现在激光冲击强化、爆炸、爆轰、喷丸强化，包括以下步骤：

S1：激光冲击强化实验：设定激光冲击强化实验工艺参数，对金属材料进行单点激光冲击强化实验，通过X射线残余应力测量仪获取激光冲击强化区域的最大残余应力，即实验结果t；

S2：通过拉伸试验仪对金属材料拉伸试样进行室温静态拉伸实验，得到材料室温静态拉伸的工程应力-应变曲线；

S3：根据换算关系将工程应力-应变曲线转换为金属材料塑性真应力-真应变曲线；

S4：利用最小二乘法对金属材料塑性真应力-真应变曲线进行拟合，得到应变硬化函数中的参数A、B和n；

S5：根据激光冲击强化实验建立相应的有限元模型，然后设定有限元模型边界条件和压力载荷，得到应变率函数；

S6：预估应变率函数中的应变率系数C，并将预估应变率系数C和应变硬化函数中的参数A、B和n输入到有限元数值模拟仿真软件中，进行仿真工作，得到仿真的最大残余应力，即仿真结果s；

S7：仿真结果s将与实验结果t对比并计算得到误差e；