一种针对Mullins效应参数的球压痕表征方法与流程

文档序号:20498028发布日期:2020-04-21 22:32阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种针对mullins效应参数的球压痕表征方法,其特征在于,该方法实现的步骤如下:

步骤一:通过在压痕实验中引入无量纲函数来建立压痕实验中各物理量之间的关系;

步骤二:根据含mullins效应的有限元模型计算获得上述无量纲函数的显示表达;

步骤三:进行球压头压痕实验获得实际材料的加卸载载荷-位移曲线;

步骤四:根据无量纲函数的显示表达以及球压头压痕实验加载载荷-位移曲线反演得到材料的初始剪切模量和超弹性力学参数;

步骤五:根据无量纲函数的显示表达以及球压头压痕实验卸载载荷-位移曲线反演得到材料的mullins效应参数。

2.如权利要求1所述针对mullins效应参数的球压痕表征方法,其特征在于,所述步骤一的内容包括:将π定理应用于neo-hookean、mooney–rivlin、fung以及arruda–boyce四种超弹性本构模型并分别对应ogden-roxburghmullins效应模型描述的球压头压痕加载实验,得到球压头压痕实验中物理量之间的关系:

其中,p为球压痕加载载荷,μ0为初始剪切模量,h为压入深度,r为球压头半径;πnh、πmr、πf和πab为无量纲函数,α、β和λm分别为对应本构模型中的超弹性力学参数,r,m,b为对应mullins效应本构模型中的参数;

将π定理应用于neo-hookean、mooney–rivlin、fung以及arruda–boyce四种超弹性本构模型并分别对应ogden-roxburghmullins效应模型描述的球压头压痕卸载实验,得到球压头压痕实验中物理量之间的关系:

其中,pj为球压痕卸载载荷,μ0为初始剪切模量,hj为压入深度,r为球压头半径;πjnh、πjmr、πjf和πjab为无量纲函数,α、β和λm分别为对应本构模型中的超弹性力学参数,r,m,b为对应mullins效应本构模型中的参数,下标j表示第j次卸载,每j次加载最大深度依次递增。

3.如权利要求1或2所述针对mullins效应参数的球压痕表征方法,其特征在于,利用商用软件开展大规模非线性有限元模拟,得到无量纲函数πnh、πmr、πf和πab的的曲线,从而确定无量纲函数的显示表达:

πmr(α,r,m,b)=c1+c2α+c3α2

πf(β,r,m,b)=d1+d2β+d3β2

其中,对于neo-hookean本构模型,无量纲函数πnh的系数κ1和κ2为常数;对于mooney–rivlin和fung本构模型,无量纲函数πmr和πf的系数ci和di(i=1,2,3)依赖于h/r;对于arruda–boyce本构模型,无量纲函数πab的系数a0、ai和bi(i=1,2,3)依赖于h/r;

同样地,利用商用软件开展大规模非线性有限元模拟,得到无量纲函数πjnh、πjmr、πjf和πjab的曲线,从而确定无量纲函数的显示表达:

其中,无量纲函数πjnh、πjmr、πjf和πjab的系数ei、fi、gi和hi(i=1,2,3)依赖于r,m,b,超弹性力学参数α、β和λm以及卸载次数j。

4.如权利要求3所述针对mullins效应参数的球压痕表征方法,其特征在于,选取j个最大压入深度开展球压头压痕实验,记录不同压入深度的加载和卸载载荷-位移曲线。

5.如权利要求1所述针对mullins效应参数的球压痕表征方法,其特征在于,综合利用所述无量纲函数πnh、πmr、πf和πab的显示表达,可知当时,所有本构模型中球压痕加载载荷p和压入深度h呈简单函数关系,而且基本与mullins效应本构模型参数r,m,b无关:

根据球压头压痕实验加载载荷-位移曲线可以反演得到材料的初始剪切模量μ0;

在确定初始剪切模量之后,利用时的球压头压痕实验加载载荷-位移曲线确定不同本构模型的超弹性力学参数:

6.如权利要求5所述针对mullins效应参数的球压痕表征方法,其特征在于,所述步骤五的内容包括:根据无量纲函数πjnh、πjmr、πjf和πjab的显示表达以及球压头压痕实验中的卸载载荷pj和压入深度hj等信息反演得到材料的mullins效应参数r,m,b:


技术总结
本发明公开了一种针对Mullins效应参数的球压痕表征方法,属于压痕实验技术领域。该方法实现的步骤包括:首先通过在球压痕实验中引入无量纲函数来建立压痕实验中各物理量之间的关系,其次根据含Mullins效应的有限元模型计算获得上述关系的显示表达,然后开展压痕实验获得实际材料的载荷‑位移曲线,最后根据无量纲函数的显示表达以及压痕实验所得载荷‑位移曲线反演得到材料的Mullins效应参数。本发明的表征方法可以利用球压痕实验快速、原位、多尺度和局部表征材料的应力软化力学性质,降低了传统拉伸压缩实验的复杂性,相应提高了所得Mullins效应参数的准确度。

技术研发人员:张满弓;吴涛;陈猛;钱家昌;蔡琛;黎焕敏;张向东;游卓;贾飞;赵爱国;张昊;胡旭;何鹏;张安付;赵志高;陈虹;李钊;王鹏;严浩;张康
受保护的技术使用者:中国船舶重工集团公司第七一九研究所
技术研发日:2019.12.10
技术公布日:2020.04.21
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