基于模式搜索法的双相钢Ohno-WangⅠ本构模型参数优化方法技术

本发明专利技术涉及一种基于模式搜索法的双相钢Ohno

【技术实现步骤摘要】
基于模式搜索法的双相钢Ohno
‑
Wang I本构模型参数优化方法


[0001]本申请涉及双相钢材料领域，具体地涉及一种基于模式搜索法的双相钢Ohno
‑
Wang
ꢀⅠ
本构模型参数优化方法。

技术介绍

[0002]金属材料在循环变形过程中总是呈现出包辛格效应，在循环迟滞回线图中表现出迟滞回线反方向屈服点低于正方向屈服点。为了描述这一现象，随动硬化模型被提出并得到了广泛的发展。其中最广为使用的是A
‑
F类模型(A
‑
F、Chaboche、Ohno
‑
Wang、Jiang
‑
Sehitoglu等)。但是A
‑
F类模型参数较多，随着背应力分解的数量增加，其参数数量成倍增加，本构模型越来越复杂，其中需要的参数数量也随之增多。参数之间往往存在复杂的关联，并且本构模型的非线性度较高，利用传统的方法求解参数变得很困难，因此人们寻找各种利用优化算法对参数进行优化。
[0003]由于材料力学行为(蠕变、松弛、循环硬化和软化、包辛格效应等)的复杂性，导致了在材料的本构模型中隐式包含很多参数，根据不同的实验数据、载荷条件和控制方式，使得求这些参数是一个不小的挑战。同时由于参数缺乏物力描述，在简单的实验中(如拉压试验)，多个参数也会相互耦合，从而影响材料的力学响应。随着本构模型越来越复杂，有限元软件(如ABAQUS等)自身携带的本构模型功能不足，因此需要编写UMAT子程序来描述本构模型，这对于本构模型参数的优化过程更加增添了许多困难，往往需要额外编写许多附加程序进行优化软件和有限元软件的结合，费时费力，这限制了本构模型参数的优化技术和本构模型开发的发展。本文建立Ohno
‑
Wang
ꢀⅠ
本构模型，结合Isight软件，利用模式搜索法对Ohno
‑
Wang
ꢀⅠ
本构模型参数进行了优化。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术通过材料流动法则，屈服函数和背应力方程组建立了双相钢材料的Ohno
‑
Wang
ꢀⅠ
本构模型，通过单轴拉伸曲线确定本构模型参数初始值，最终使用基于使用Isight(产品生命周期管理和优化软件)软件建立的优化平台和模式搜索法实现了本构模型参数的最优化，解决了本构模型参数较多，优化速度和精度不足的难题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的解决方案为：
[0006]一种基于模式搜索法的双相钢Ohno
‑
Wang
ꢀⅠ
本构模型参数优化方法，其包括以下步骤：
[0007]步骤1：建立双相钢材料的Ohno
‑
Wang
ꢀⅠ
本构模型；
[0008]所述双相钢材料的Ohno
‑
Wang
ꢀⅠ
本构模型包括材料流动法则、材料的屈服函数和材料的背应力方程组；
[0009]步骤2：根据双相钢材料的应力应变模型建立单轴拉伸曲线关系，获得本构模型参
数初始值；
[0010]根据单轴拉伸曲线确定的求解双相钢材料本构模型参数初始值的方程组，如下所示：
[0011][0012]式中：γ
i
表示第i个背应力分量对应的本构模型第一参数；r
i
表示第i个背应力分量对应的本构模型第二参数；σ
i
和分别为所选取的第i个单轴拉伸曲线上的点所对应的应力和塑性应变值；σ0表示单轴拉伸曲线上塑性应变值为0时的应力值；σ
max
表示单轴拉伸曲线应力峰值；M表示背应力分量个数；i表示背应力分量的编号；r1表示第一个背应力分量的模型第二参数；
[0013]步骤3：使用基于Isight软件搭建的双相钢材料本构模型优化平台，利用模式搜索法获取准确的本构模型参数；
[0014]步骤31：获取步骤2得到的本构模型参数初始值，搭建基于Isight软件的双相钢材料本构模型优化平台，求解本构模型参数的最优解；优化过程需要比较根据参数初始值产生的时间
‑
应力曲线和根据优化值产生的时间
‑
应力曲线，基于最小二乘法的目标函数计算公式如下：
[0015][0016]式中：L表示目标曲线和待优化曲线之间的应力差值平方之和；t
j
表示第j个时间
‑
应力曲线点中的时间，即曲线中横坐标；表示第j个目标曲线中点的应力值，即曲线纵坐标；表示第j个待优化曲线点的应力值；N表示时间
‑
应力曲线中的点个数；j表示目标曲线的段数编号；
[0017]步骤32：分别将本构模型参数的初始值赋值给x
(1)
作为优化过程的初始值；探测步长d，加速因子μ，μ>0，缩减因子β，n个探测方向e1,e2,e3,...,e
n
，计算精度ε，令k＝1；确定迭代参考值y：
[0018]y＝x
k
；
[0019]式中：y表示参数的迭代参考值；x
k
表示第k次迭代的过程参数；
[0020]步骤33：从本构模型参数的参考值开始计算，依次沿着方向e1,...,e
n
，进行计算，并沿着正负两个方向进行；
[0021]沿正方向探测：若目标函数值满足L(y+de)＜L(y)，则迭代参考值更新为：
[0022]y＝y+de；
[0023]式中：d表示参数的探测步长；e表示参数的探测方向；
[0024]若L(y+de)≥L(y)，进行负方向探测；
[0025]沿负方向探测：若目标函数值L(y
‑
de)＜L(y)，则迭代参考值更新如下所示：
[0026]y＝y
‑
de；
[0027]若L(y
‑
de)≥L(y)，令y＝y；
[0028]通过以上的探测，获得更新参考值y，第k+1次迭代的过程参数x
k+1
＝y；
[0029]步骤34：沿着本构模型参数最优解的方向进行加速计算，过程如下：
[0030]探测加速方向的计算公式如下所示：
[0031]p
k
＝x
k+1
‑
x
k
；
[0032]式中：p
k
表示计算过程的探测加速方向；
[0033]若目标函数值L(x
k+1
)＜L(x
k
)，迭代次数更新如下所示：
[0034][0035]式中：μ表示计算过程的探测加速因子；k表示计算过程的迭代次数；
[0036]否则，缩短步长d，即使d＝dβ，判断是否满足迭代终止条件d≤ε，满足则终止迭代，不满足则转到步骤33继续进行探测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模式搜索法的双相钢Ohno
‑
Wang
ꢀⅠ
本构模型参数优化方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1：建立双相钢材料的Ohno
‑
Wang
ꢀⅠ
本构模型；所述双相钢材料的Ohno
‑
Wang
ꢀⅠ
本构模型包括材料流动法则、材料的屈服函数和材料的背应力方程组；步骤2：根据双相钢材料的应力应变模型建立单轴拉伸曲线关系，获得本构模型参数初始值；根据单轴拉伸曲线确定的求解双相钢材料本构模型参数初始值的方程组，如下所示：式中：γ
i
表示第i个背应力分量对应的本构模型第一参数；r
i
表示第i个背应力分量对应的本构模型第二参数；σ
i
和分别为所选取的第i个单轴拉伸曲线上的点所对应的应力和塑性应变值；σ0表示单轴拉伸曲线上塑性应变值为0时的应力值；σ
max
表示单轴拉伸曲线应力峰值；M表示背应力分量个数；i表示背应力分量的编号；r1表示第一个背应力分量的模型第二参数；步骤3：使用基于Isight软件搭建的双相钢材料本构模型优化平台，利用模式搜索法获取准确的本构模型参数；步骤31：获取步骤2得到的本构模型参数初始值，搭建基于Isight软件的双相钢材料本构模型优化平台，求解本构模型参数的最优解；优化过程需要比较根据参数初始值产生的时间
‑
应力曲线和根据优化值产生的时间
‑
应力曲线，基于最小二乘法的目标函数计算公式如下：式中：L表示目标曲线和待优化曲线之间的应力差值平方之和；t
j
表示第j个时间
‑
应力曲线点中的时间，即曲线中横坐标；表示第j个目标曲线中点的应力值，即曲线纵坐标；表示第j个待优化曲线点的应力值；N表示时间
‑
应力曲线中的点个数；j表示目标曲线的段数编号；步骤32：分别将本构模型参数的初始值赋值给x
(1)
作为优化过程的初始值；探测步长d，加速因子μ，μ>0，缩减因子β，n个探测方向e1,e2,e3,...,e
n
，计算精度ε，令k＝1；确定迭代参考值y：y＝x
k
；式中：y表示参数的迭代参考值；x
k
表示第k次迭代的过程参数；
步骤33：从本构模型参数的参考值开始计算，依次沿着方向e1,...,e
n
，进行计算，并沿着正负两个方向进行；沿正方向探测：若目标函数值满足L(y+de)＜L(y)，则迭代参考值更新为：y＝y+de；式中：d表示参数的探测步长；e表示参数的探测方向；若L(y+de)≥L(y)，进行负方向探测；沿负方向探测：若目标函数值L(y
‑
de)＜L(y)，则迭代参考值更新如下所示：y＝y
‑
de；若L(y
‑
de)≥L(y)，令y＝y；通过以上的探测，获得更新参考值y，第k+1次迭代的过程参数x
k+1
＝y；步骤34：沿着本构模型参数最优解的方向进行加速计算，过程如下：探测加...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹宗园，翟东林，王喜强，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：