【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料加工，尤其涉及一种焊缝晶体塑性模型本构参数标定方法及系统。
技术介绍
1、铝合金由于具有高强度、低密度、良好的加工性能等优点，在航空航天、汽车、船舶等领域得到了广泛的应用。铝合金激光焊接过程中，在激光瞬时高温的影响下，铝合金局部区域迅速加热并冷却，形成区别与母材的微观结构，这种微观结构对铝合金的力学性能有着直接的影响。晶体塑性有限元通过在连续介质力学框架内引入晶体塑性变形机理，可以实现对材料晶体塑性变形过程的模拟，从而揭示、预测铝合金焊缝微观组织对力学性能的影响。然而，铝合金激光焊接结构的力学性能与母材相比相差较大，且不同激光焊接工艺下的力学性能差异明显。采用传统试错法标定铝合金焊缝晶体塑性有限元模型的本构参数效率低、准确性差。因此，亟须建立一种针对铝合金激光焊缝微观组织晶体塑性有限元模型本构参数快速标定的方法，从而显著减小本构参数标定的工作量以及标定误差，提高标定效率，从而实现铝合金激光焊接结构的高性能设计。
2、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：铝合金激光焊接结构的力学性能与母材相比相差较大，且不同激光焊接工艺下的力学性能差异明显。采用传统试错法标定铝合金焊缝晶体塑性有限元模型的本构参数效率低、准确性差。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种焊缝晶体塑性模型本构参数标定方法及系统。
2、本专利技术是这样实现的，一种焊缝晶体塑性模型本构参数标定方法，包括：
3、s1：通过matlab调用m
4、s2：采用hyper secant硬化模型描述铝合金焊缝硬化阶段的变形；
5、s3：确定铝合金焊缝微观组织晶体塑性本构参数(c11，c12和c44，n，h0，τ0，τs)的标定范围和参数增量；根据标定范围，通过matlab调用abaqus生成相应模型的inp文件并自动计算，生成标定参数范围内的odb数据，建立铝合金焊缝微观组织晶体塑性本构参数的数据库；
6、s4：通过matlab调用abaqus自动提取所有odb文件的应力应变数据生成相应的csv文件，以分析步时间为特征，计算每一步分析步所有节点的平均应力和平均应变，合并所有的应力应变数据至同一个xlsx文件；
7、s5：通过matlab将所有的应力应变曲线采用线性插值的方式插值到和实验得到的应力应变曲线同样的长度，并对比插值前后应力应变曲线的一致性；将插值后的应力应变曲线作为随机森林树的输入，并提取对应的铝合金焊缝微观组织晶体塑性本构参数作为随机森林树的输出；
8、s6：通过matlab读取所有的应力应变数据以及对应的晶体塑性参数分别作为输入和输出，正则化应变应力数据以及晶体塑性参数，合并正则化后的应力应变数据作为输入特征，正则化后的晶体塑性参数作为输出；使用随机种子划分数据的训练集和验证集，以确保结果的可重复性；
9、s7：定义贝叶斯优化的可优化模型参数的范围，主要包括三个参数：树的数量(ntrees)、叶节点的最小大小(minleaf)和在每次分裂时考虑的特征数量(nvartosample)；为了在定义的参数范围内找到最佳组合，选择'expected-improvement-plus'作为收购函数，以权衡探索未知区域和利用已知的最优参数；
10、s8：在完成贝叶斯优化之后，得到每个晶体塑性参数的最优超参数组合；对于每个目标参数，使用这些超参数在训练集上训练一个随机森林回归模型，以确保每个模型都是为其特定的目标参数量身定制的；
11、s9：使用训练好的随机森林树模型进行预测，统计其回归误差，对实际的测试目标值进行反正则化，对预测的值进行反正则化，对比预测结果与实际结果，并可视化误差；
12、s10：以铝合金焊缝试样拉伸实验的应力应变曲线为目标，采用训练好的随机森林树模型预测其相应的晶体塑性参数；
13、s11：通过matlab调用abaqus将随机森林树模型预测得到的晶体塑性参数赋予为铝合金焊缝微观组织晶体塑性有限元模型的材料参数，并进行计算，提取其应力应变曲，对比晶体塑性模拟得到的应力应变曲线与铝合金焊缝拉伸实验应力应变曲线。
14、进一步，s1中，晶粒尺度效应的公式为：
15、τi＝τ0+kd-0.5(i＝1,2,3…)
16、其中，i为晶粒的编号，τ0为晶粒的初始屈服强度，k为反应晶界对变形的影响系数，d晶粒的等效直径。
17、进一步，s2具体包括：铝合金作为一种面心立方体材料，弹性阶段由瞬时弹性张量c11，c12和c44决定，如公式(1)所示；采用hyper secant硬化模型描述铝合金焊缝硬化阶段的变形，主要由本构参数应变率敏感系数n，参考剪切应变率初始硬化模量h0，初始屈服强度τ0和饱和流动应力τs决定，如公式(2)所示：
18、
19、其中，c11，c12和c44分别代表拉压模量，侧向模量，剪切模量。
20、
21、其中是剪切应变率，是参考剪切应变率，n是应变率敏感系数，是τ(α)是第α个滑移系上的分剪切应力，g(α)代表第α个滑移系当前的强度，m(α)是滑移面的法向量s(α)滑移方向的方向向量σ是柯西应力张量，hαβ代表硬化模量，hβ表示第β个滑移系的初始硬化模量，δαβ和q为实数(0或1)，h0为初始硬化模量，τs为饱和流动应力，τ0初始分剪切应力。
22、进一步，s5中，线性插值的公式为：
23、
24、x表示实验应变曲线中应变插值点,y表示通过插值得到的应力应变曲线在x处的应力值。x1和y1分别代表晶体塑性有限元模拟得到的应变和应力值，x2和y2分别代表实验测试得到的应变和应力值。
25、本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述焊缝晶体塑性模型本构参数标定方法的焊缝晶体塑性模型本构参数标定系统，包括：
26、有限元模型生成模块：用于通过matlab调用metx工具箱，根据铝合金激光焊缝ebsd微观组织晶粒分布数据，建立铝合金焊缝微观组织晶体塑性有限元模型，同时赋予每个晶粒考虑晶粒尺度效应的材料属性，生成相应的晶体塑性有限元模型；
27、变形描述模块：用于采用hyper secant硬化模型描述铝合金焊缝硬化阶段的变形；
28、数据库建立模块：用于确定铝合金焊缝微观组织晶体塑性本构参数(c11，c12和c44，n，h0，τ0，τs)的标定范围和参数增量；根据标定范围，通过matlab调用abaqus生成相应模型的inp文件并自动计算，生成标定参数范围内的odb数据，建立铝合金焊缝微观组织晶体塑性本构参数的数据库；
29、应力应变数据合并模块：用于通过matlab调用abaqus自动提取所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种焊缝晶体塑性模型本构参数标定方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的焊缝晶体塑性模型本构参数标定方法，其特征在于，S1中，晶粒尺度效应的公式为：
3.如权利要求1所述的焊缝晶体塑性模型本构参数标定方法，其特征在于，S2具体包括：铝合金作为一种面心立方体材料，弹性阶段由瞬时弹性张量C11，C12和C44决定，如公式(1)所示；采用HYPER SECANT硬化模型描述铝合金焊缝硬化阶段的变形，主要由本构参数应变率敏感系数n，参考剪切应变率初始硬化模量h0，初始屈服强度τ0和饱和流动应力τs决定，如公式(2)所示：
4.如权利要求1所述的焊缝晶体塑性模型本构参数标定方法，其特征在于，S5中，线性插值的公式为：
5.一种应用如权利要求1～4任意一项所述焊缝晶体塑性模型本构参数标定方法的焊缝晶体塑性模型本构参数标定系统，其特征在于，包括：
6.一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求1～4任意一项所述的焊缝晶体塑性模型本构参数标定方法的
7.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求1～4任意一项所述的焊缝晶体塑性模型本构参数标定方法的步骤。
8.一种信息数据处理终端，信息数据处理终端用于实现如权利要求5所述的焊缝晶体塑性模型本构参数标定系统。
...【技术特征摘要】
1.一种焊缝晶体塑性模型本构参数标定方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的焊缝晶体塑性模型本构参数标定方法，其特征在于，s1中，晶粒尺度效应的公式为：
3.如权利要求1所述的焊缝晶体塑性模型本构参数标定方法，其特征在于，s2具体包括：铝合金作为一种面心立方体材料，弹性阶段由瞬时弹性张量c11，c12和c44决定，如公式(1)所示；采用hyper secant硬化模型描述铝合金焊缝硬化阶段的变形，主要由本构参数应变率敏感系数n，参考剪切应变率初始硬化模量h0，初始屈服强度τ0和饱和流动应力τs决定，如公式(2)所示：
4.如权利要求1所述的焊缝晶体塑性模型本构参数标定方法，其特征在于，s5中，...
【专利技术属性】
技术研发人员：耿韶宁，宋敏杰，蒋平，仇越，舒乐时，赵津田，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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