[发明专利]一种超高应变率下材料本构和失效模型的参数识别方法

摘要

本发明公开了一种超高应变率下材料本构和失效模型的参数识别方法，通过霍普金森拉杆试验获得高应变率下材料变形和失效过程的动态应力应变曲线，以高应变率下材料动态应力应变曲线为目标进行反向优化拟合，获得首次优化后的本构和失效模型参数；利用轻气炮系统对材料进行高速弹道冲击试验，高灵敏度应变片监测损伤区域附近材料的动态应力应变曲线，通过扫描电子显微镜测量损伤缺口的特征尺寸；以弹道冲击试验参数为边界条件进行弹道冲击数值仿真，提取应变片对应位置的材料应力应变曲线和损伤缺口特征尺寸；以实际测试获得的材料应力应变曲线和损伤缺口特征尺寸为目标再次进行反向优化拟合，最终获得超高应变率下材料本构和失效模型的参数。 1

主权项

1.一种超高应变率下材料本构和失效模型的参数识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对待测材料进行霍普金森拉杆试验，获得高应变率下材料整个变形和失效过程的应力应变曲线，将应力应变曲线设为优化目标1；

2)根据待测材料的现有本构和失效模型参数，将其作为本构和失效模型参数初始值A0，通过数值计算得到与步骤1)相同应变率下的应力应变曲线，然后对步骤1)中试验应力应变曲线进行反向优化，优化得到材料本构和失效模型参数A1；

3)利用轻气炮系统对待测材料进行高速弹道冲击试验，通过高灵敏度应变片动态监测获得弹道冲击区域附近材料的动态应力应变曲线，再通过扫描电子显微镜测量获得损伤缺口特征尺寸，并将其分别作为优化目标2和优化目标3；

4)将A1作为高速弹道冲击数值仿真的材料本构和失效模型参数，将弹道冲击物体的大小、形状、速度和角度等作为数值仿真的边界条件，通过数值仿真获得弹道冲击过程中应变片监测位置的材料动态应力应变曲线，提取弹道冲击后材料损伤缺口特征尺寸，对步骤3)中所述的动态应力应变曲线和损伤缺口特征尺寸进行反向优化，从而得到本构和失效模型的最后参数A2，即超高应变率下材料变形和失效过程的本构和失效模型参数。

2.根据权利要求1所述的一种超高应变率下材料本构和失效模型的参数识别方法，其特征在于，步骤2)、4)所述的反向优化是通过现有本构和失效模型参数下数值计算结果与试验测试结果的对比拟合，再利用基于Levenberg‑Marquard算法的MATLAB反向优化工具对本构和失效模型参数进行反复插值、迭代，直至达到优化算法的停止条件，从而优化得到能够准确描述高速外物冲击条件下材料超高应变率动态变形和失效行为特征的本构和失效模型参数。