一种复杂工况下通用弹粘塑性本构关系构建方法及介质

本发明涉及弹塑性本构关系建模，特别涉及一种复杂工况下通用弹粘塑性本构关系构建方法及介质。

背景技术：

1、cae(computer aided engineering)是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。

2、当前cae仿真采用的传统塑性标量本构中，冯·米塞斯等效应力一般为等效塑性应变的单因子函数，而单组函数参数无法精确描述多种应力状态下力学行为。

3、动载荷是指随时间作明显变化的载荷，即具有较大加载速率的载荷，在工程实际中，高速运行的构件，由加速度引起的载荷一般称为动载荷。

4、目前动载荷下需要多条单轴拉伸测试获得的应力-应变曲线用于插值，并且认为该插值曲线全段应变率恒定，然而这与实际不符，因为颈缩后应变率会极剧增加。

5、基于现有的弹粘塑性本构关系，在当考虑多因子本构时，又会因计算层级增加，会严重影响计算效率，不利于工业应用。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种复杂工况下通用弹粘塑性本构关系构建方法及介质，建立了非耦合式的本构关系模型，解决考虑多因子本构时，计算效率低的问题。

2、本发明提供了一种复杂工况下通用弹粘塑性本构关系构建方法，具体技术方案如下：

3、s1：构建非耦合式的本构关系的基本模型，所述基本模型中包括由若干不同影响因子构建的独立函数关系；所述基本关系模型中至少引入四个影响因子；

4、s2：根据不同的所述影响因子，确定对应的独立函数关系；

5、s3：根据所述影响因子和对应的独立函数关系，获得最终的非耦合式的本构关系。

6、进一步的，所述非耦合式的本构关系的基本模型，表示如下：

7、

8、其中，表示von mises等效应力(冯·米塞斯等效应力)，an表示不同的影响因子，fn()表示对应的独立函数关系。

9、进一步的，所述影响因子包括等效塑性应变、应力三轴度、归一化洛德角参数和等效塑性应变率，包含等效塑性应变、应力三轴度、归一化洛德角参数和等效塑性应变率，四个影响因子的所述非耦合式的本构关系，表示如下：

10、

11、其中，表示von mises等效应力(冯·米塞斯等效应力)，表示等效塑性应变，η表示应力三轴度，表示归一化洛德角参数，表示等效塑性应变率，表示等效塑性应变对应的独立函数关系，f2(η)表示应力三轴度影响因子对应的独立函数关系，表示归一化洛德角参数影响因子对应的独立函数关系，表示等效塑性应变率影响因子对应的独立函数关系。

12、进一步的，所述影响因子还包括温度，包含等效塑性应变、应力三轴度、归一化洛德角参数、等效塑性应变率和温度，五个影响因子的所述非耦合式的本构关系，表示如下：

13、

14、其中，t表示温度，f5(t)表示温度影响因子对应的独立函数关系。

15、进一步的，所述独立函数关系为单值函数或由数对序列构成的曲线关系。

16、进一步的，所述应力三轴度包括第一应力三轴度和第二应力三轴度，所述第一应力三轴度，表示如下：

17、

18、所述第二应力三轴度，表示如下：

19、

20、其中，p表示静水压强，表示von mises等效应力(冯·米塞斯等效应力)。

21、进一步的，所述等效塑性应变率影响因子对应的独立函数关系，包括：

22、

23、其中，v1为本构参数。

24、进一步的，所述温度影响因子对应的独立函数关系，包括：

25、

26、或

27、

28、其中，tref为软化参考温度，tmelt为熔化温度，m为软化凸凹性因子，t0.5为材料强度为参考强度一半时对应的温度，g3(t)＝exp(-x)/(1+exp(-x))，x＝(t-t0.5)/rscale，rscale为缩放因子。

29、本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有复杂工况下通用弹粘塑性本构关系的构建程序以及针对本构关系模型设定的仿真计算方法，所述复杂工况下通用弹粘塑性本构关系的构建程序被处理器执行时实现上述所述的复杂工况下通用弹粘塑性本构关系构建方法的步骤。

30、本发明的有益效果如下：

31、本发明提供了非耦合式的本构关系的基本模型，引入了多个影响因子，建立了非耦合式的本构关系模型，通过引入多组独立函数关系实现精确描述多种应力状态下力学行为，同时基于该非耦合式的本构关系模型，不用设计过多的计算方式方法，能够在考虑多因子本构时，解决仿真计算效率低的问题。

技术特征：

1.一种复杂工况下通用弹粘塑性本构关系构建方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的复杂工况下通用弹粘塑性本构关系构建方法，其特征在于，所述非耦合式的本构关系的基本模型，表示如下：

3.根据权利要求1所述的复杂工况下通用弹粘塑性本构关系构建方法，其特征在于，所述影响因子包括等效塑性应变、应力三轴度、归一化洛德角参数和等效塑性应变率，包含等效塑性应变、应力三轴度、归一化洛德角参数和等效塑性应变率，四个影响因子的所述非耦合式的本构关系，表示如下：

4.根据权利要求3所述的复杂工况下通用弹粘塑性本构关系构建方法，其特征在于，所述影响因子还包括温度，包含等效塑性应变、应力三轴度、归一化洛德角参数、等效塑性应变率和温度，五个影响因子的所述非耦合式的本构关系，表示如下：

5.根据权利要求1-4任一所述的复杂工况下通用弹粘塑性本构关系构建方法，其特征在于，所述独立函数关系为单值函数或由数对序列构成的曲线关系。

6.根据权利要求5所述的复杂工况下通用弹粘塑性本构关系构建方法，所述应力三轴度包括第一应力三轴度和第二应力三轴度，所述第一应力三轴度，表示如下：

7.根据权利要求5所述的复杂工况下通用弹粘塑性本构关系构建方法，所述等效塑性应变率影响因子对应的独立函数关系，包括：

8.根据权利要求5所述的复杂工况下通用弹粘塑性本构关系构建方法，所述温度影响因子对应的独立函数关系，包括：

9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有复杂工况下通用弹粘塑性本构关系的构建程序以及针对本构关系模型设定的仿真计算方法，所述复杂工况下通用弹粘塑性本构关系的构建程序被处理器执行时实现权利要求1-8任一所述的复杂工况下通用弹粘塑性本构关系构建方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种复杂工况下通用弹粘塑性本构关系构建方法及介质，方法包括：S1：构建非耦合式的本构关系的基本模型，基本模型中至少引入四个影响因子；S2：根据不同的影响因子，确定对应的独立函数关系；S3：根据影响因子和对应的独立函数关系，获得最终的非耦合式的本构关系。本发明引入了多个影响因子建立了非耦合式的本构关系模型，能够精确描述多种应力状态下力学行为，同时保证了仿真计算效率。

技术研发人员：高峰,范吉富,梁宾,刘应波,姜子涵,王腾腾,黄荣亚,陈悟果,赵岩,王扬卫
受保护的技术使用者：北京理工大学重庆创新中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14