【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金刚石材料制备，具体涉及一种聚晶金刚石烧结过程的本构模型逆向识别方法及系统。
技术介绍
1、聚晶金刚石（polydiamond）是以金刚石微粉为骨架材料，以结合剂为黏结材料，在超高压、高温条件下烧结而成的金刚石的一种多晶形态，具有优越的硬度和热导性能，被广泛应用于切割工具、磨料、电子器件、光学元件以及高性能散热材料等多个领域。相较于传统的单晶形态，聚晶金刚石由多个晶体颗粒组成，其结构复杂且具有多种取向，为其带来了一系列独特的材料特性。这包括更高的韧性、更大的表面积、更灵活的制备工艺以及更适合大规模生产的优势。深入研究聚晶金刚石的烧结合成过程将有助于进一步优化其应用性能，并推动其在各个领域的广泛应用。为新型高性能材料的设计和开发提供重要的基础。
2、然而，在聚晶金刚石的制备和成形过程中，由于其晶体颗粒间的复杂相互作用和多晶性质，其复杂的力学行为成为一个关键问题。为了更好地理解聚晶金刚石的变形和破裂机制，以及在不同工况下的性能表现，提高工业效益，利用计算机仿真技术来指导烧结工艺的设计中是必然趋势。本构模型是描述材料在外力作用下的变形行为的数学框架，通过建立数学方程或模型，可以预测材料在不同条件下的力学响应。仿真聚晶金刚石的烧结过程需要准确的材料本构模型参数，而现有的对聚晶金刚石的研究多集中在烧结工艺、性能表征和测试等领域，对于本构模型的研究很少。
3、选择合适的材料本构建模方法取决于研究问题的具体特征以及对粉末成形过程中各种力学行为的关注点。有时，两种方法也可以结合使用，以更全面地描述粉末成形中
4、连续介质力学方法中应用最广的为广义塑性力学模型，其中drucker prager/cap模型（简称dpc本构模型）被广泛用于模拟粉末冶金、土力学、岩石力学等领域的材料行为。dpc本构模型由于基于岩土材料展开，且岩土与粉末材料相似，因此其具有较好的理论基础且分析准确度较高而在粉末压制领域应用较多，但同时其模型参数较多，且确定参数需要进行的关联实验过程较为复杂。此外由于聚晶金刚石在实际生产中多采用高温压制成形，这导致无法基于常规的实验测试方法来进行dpc本构模型参数的获取（高温下无法进行粉末模压环向应变数据的采集）。并且聚晶金刚石的硬度和抗压强度极高，难以使用常规设备进行力学性能测试。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种聚晶金刚石烧结过程的本构模型逆向识别方法及系统，可以便捷快速地获取本构模型的参数而避免了复杂繁琐的实验操作流程。同时可以将获取的本构模型应用到高温高压烧结聚晶金刚石及其复合产品的计算机仿真中，以此来优化烧结工艺。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种聚晶金刚石烧结过程的本构模型逆向识别方法，包括以下步骤：
4、基于相对密度相关的drucker prager/cap模型，确定逆向识别参数；
5、基于所述逆向识别参数，进行预设高温下的聚晶金刚石的模压烧结实验，获取位移和载荷数据，基于所述位移和载荷数据，确定逆向识别目标函数；
6、基于所述逆向识别目标函数，在abaqus上进行聚晶金刚石烧结实验的模拟，获得聚晶金刚石烧结过程的本构模型参数；
7、利用有限元仿真软件abaqus和数学优化软件matlab同时对所述聚晶金刚石烧结过程的本构模型参数进行逆向识别，并分析和验证逆向识别结果。
8、优选的，所述相对密度相关的drucker prager/cap模型为：聚晶金刚石烧结过程中的本构模型，将原料粉末的相对密度作为自变量，描述聚晶金刚石烧结过程的力学行为；
9、所述逆向识别参数为x=（r1,r2,b1,b2,b3,e1,e2,e3,v1,v2,v3,d1,d2,m1,m2,m3），其中，r1,r2为定义偏心距所需要的参数，b1,b2,b3为定义硬化屈服应力所需要的参数，e1,e2,e3为定义杨氏模量所需要的参数，v1,v2,v3为定义泊松比所需要的参数，d1,d2为定义内聚力所需要的参数，m1,m2,m3为定义摩擦角所需要的参数。
10、优选的，进行预设高温下的聚晶金刚石的模压烧结实验，获取位移和载荷数据，基于所述位移和载荷数据，确定逆向识别目标函数的方法包括：
11、通过预设高温下的聚晶金刚石的模压烧结实验，得到烧结成形过程中的位移-载荷曲线；
12、将有限元仿真的位移-载荷曲线与所述烧结成形过程中的位移-载荷曲线的误差值作为逆向识别目标函数；
13、其中，所述逆向识别目标函数为：，式中，为数据点的个数，为仿真得到的压制力，为实验得到的压制力。
14、优选的，利用有限元仿真软件abaqus和数学优化软件matlab同时对所述聚晶金刚石烧结过程的本构模型参数进行逆向识别的方法包括：
15、建立输入变量的约束条件和相应的上限、下限，其中，所述输入变量为材料参数；
16、基于所述输入变量的约束条件和相应的上限、下限，随机生成初始点样本；
17、基于所述初始点样本，调用有限元仿真软件abaqus和数学优化软件matlab对流程进行迭代计算，使建立的误差函数达到最小化为识别目标，并在迭代计算的过程中不断比较误差函数的拟合程度，根据所述拟合程度不断更新参数达到所述识别目标，最终获取逆向识别的聚晶金刚石烧结过程的本构模型参数。
18、本专利技术还提供了一种聚晶金刚石烧结过程的本构模型逆向识别系统，包括：识别参数确定模块、函数确定模块、本构模型参数确定模块和逆向识别模块；
19、所述识别参数确定模块用于基于相对密度相关的drucker prager/cap模型，确定逆向识别参数；
20、所述函数确定模块用于基于所述逆向识别参数，进行预设高温下的聚晶金刚石的模压烧结实验，获取位移和载荷数据，基于所述位移和载荷数据，确定逆向识别目标函数；
21、所述本构模型参数确定模块用于基于所述逆向识别目标函数，在abaqus上进行聚晶金刚石烧结实验的模拟，获得聚晶金刚石烧结过程的本构模型参数；
22、所述逆向识别模块用于利用有限元仿真软件abaqus和数学优化软件matlab同时对所述聚晶金刚石烧结过程的本构模型参数进行逆向识别，并分析和验证逆向识别结果。
23、优选的，所述相对密度相关的drucker prager/cap模型为：聚晶金刚石烧结过程中的本构模型，将原料粉末的相对密度作为自变量，描述聚晶金刚石烧结过程的力学行为；
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1.一种聚晶金刚石烧结过程的本构模型逆向识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的聚晶金刚石烧结过程的本构模型逆向识别方法，其特征在于，所述相对密度相关的Drucker Prager/Cap模型为：聚晶金刚石烧结过程中的本构模型，将原料粉末的相对密度作为自变量，描述聚晶金刚石烧结过程的力学行为；
3.根据权利要求1所述的聚晶金刚石烧结过程的本构模型逆向识别方法，其特征在于，进行预设高温下的聚晶金刚石的模压烧结实验，获取位移和载荷数据，基于所述位移和载荷数据，确定逆向识别目标函数的方法包括：
4.根据权利要求1所述的聚晶金刚石烧结过程的本构模型逆向识别方法，其特征在于，利用有限元仿真软件ABAQUS和数学优化软件MATLAB同时对所述聚晶金刚石烧结过程的本构模型参数进行逆向识别的方法包括：
5.一种聚晶金刚石烧结过程的本构模型逆向识别系统，其特征在于，包括：识别参数确定模块、函数确定模块、本构模型参数确定模块和逆向识别模块；
6.根据权利要求5所述的聚晶金刚石烧结过程的本构模型逆向识别系统，其特征在于，
7.根据权利要求5所述的聚晶金刚石烧结过程的本构模型逆向识别系统，其特征在于，进行预设高温下的聚晶金刚石的模压烧结实验，获取位移和载荷数据，基于所述位移和载荷数据，确定逆向识别目标函数的过程包括：
8.根据权利要求5所述的聚晶金刚石烧结过程的本构模型逆向识别系统，其特征在于，利用有限元仿真软件ABAQUS和数学优化软件MATLAB同时对所述聚晶金刚石烧结过程的本构模型参数进行逆向识别的过程包括：
...【技术特征摘要】
1.一种聚晶金刚石烧结过程的本构模型逆向识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的聚晶金刚石烧结过程的本构模型逆向识别方法，其特征在于，所述相对密度相关的drucker prager/cap模型为：聚晶金刚石烧结过程中的本构模型，将原料粉末的相对密度作为自变量，描述聚晶金刚石烧结过程的力学行为；
3.根据权利要求1所述的聚晶金刚石烧结过程的本构模型逆向识别方法，其特征在于，进行预设高温下的聚晶金刚石的模压烧结实验，获取位移和载荷数据，基于所述位移和载荷数据，确定逆向识别目标函数的方法包括：
4.根据权利要求1所述的聚晶金刚石烧结过程的本构模型逆向识别方法，其特征在于，利用有限元仿真软件abaqus和数学优化软件matlab同时对所述聚晶金刚石烧结过程的本构模型参数进行逆向识别的方法包括：
5.一种聚晶金刚石烧结过...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱王昊，周先前，朱海，王静伊，杨瀚宇，丁鞠桐，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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