【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于打印材料力学研究相关，更具体地，涉及一种打印材料压密行为的离散元建模方法及系统。
技术介绍
1、烧结与熔融月壤粉末制作月壤砖块是月球基地建筑材料制备的一项重要技术，该方法可降低地月运输成本，最大化利用地外材料实现原位制造。为保证该技术的顺利进行，相关攻关实验已在地面有序开展，其中包括用模拟月壤粉末与高能量激光打印月壤砖块。然而，由于打印技术局限性与月壤打印材料属性的未知性，月壤砖的各项力学属性研究仍处于初步探索阶段。
2、离散元是一种基于离散颗粒材料建模的一种数值模拟技术，可以通过模拟颗粒间碰撞、摩擦、黏附等相关作用，进而分析整个系统的力学行为，这种方法已经广泛应用于土木工程与材料成型领域。精准反应出材料压缩与破坏时的力学行为是离散元建模的首要目的，为了离散元仿真模型可以更加真实、精确反应材料力学行为，首先需要确定颗粒接触属性以及确定模型参数，模型相关参数标定是离散元建模的重要部分。
3、针对参数标定方式，目前已有实验-人工标定法和基于优化算法的自动标定法两种方法，其中基于人工比对实验结果寻找规律的方式需要耗费大量时间人力成本，且熔融打印材料相互关联的参数之间通常难以解耦，调试难度高、精度差；而基于优化算法的自动标定法常常依赖于启发式算法，如粒子群算法、遗传算法和模拟退火方法，这些方法通常通过猜测和搜索解决问题，搜索空间大，容易陷入局部最优。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种打印材料压密行为的离散元建模方
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种打印材料压密行为的离散元建模方法，包括：
3、s1，通过离散元方法建立打印材料压密行为的离散元模型，确定离散元模型中待优化的参数及其范围；获取打印材料样品的压密行为试验测量结果，以打印材料压密行为通过离散元模型仿真获取的数值计算结果与试验测量结果之间的偏差最小为目标建立目标函数；
4、s2，建立分布式强化学习模型：以目标函数值以及待优化的各参数作为分布式强化学习模型的状态空间元素，设定奖励结构以及待优化的各参数的动作空间，其中奖励结构为目标函数值的倒数；
5、s3，求解分布式强化学习模型，获取优化后的各参数，完成打印材料压密行为的离散元建模；其中，求解分布式强化学习模型过程中每次迭代时将待优化各参数的动作组合代入离散元模型中进行打印材料压密行为仿真以获取各动作组合的目标函数值。
6、根据本专利技术提供的打印材料压密行为的离散元建模方法，s1中建立打印材料压密行为的离散元模型具体包括：
7、根据打印材料样品，建立离散元模型中的样品模型，并确定样品模型中的颗粒类型以及颗粒接触属性；
8、基于赫兹接触模型构建离散元模型中的参数调整模型；
9、根据打印材料样品的压密行为试验建立离散元模型中的加载模型；
10、其中，参数调整模型中的参数为离散元模型中待优化的参数。
11、根据本专利技术提供的打印材料压密行为的离散元建模方法，根据打印材料样品，建立离散元模型中的样品模型，并确定样品模型中的颗粒类型以及颗粒接触属性，具体包括：
12、根据打印材料样品的外观尺寸与形貌特征，建立三维的样品模型；其中打印材料样品的外观尺寸与形貌特征包括：样品长、宽、高尺寸，打印层数，熔道高度，熔道宽度以及打印路线；
13、确定样品模型包括三种不同颗粒类型，分别为熔道层间颗粒、熔道间颗粒与熔道颗粒；
14、创建六种颗粒接触属性，分别为：熔道颗粒-熔道颗粒接触，熔道间颗粒-熔道间颗粒接触，熔道层间颗粒-熔道层间颗粒接触，熔道颗粒-熔道间颗粒接触，熔道颗粒-熔道层间颗粒接触，熔道层间颗粒-熔道间颗粒接触。
15、根据本专利技术提供的打印材料压密行为的离散元建模方法，根据打印材料样品，建立离散元模型中的样品模型还包括：
16、根据打印材料样品的ct扫描结果，创建样品中的裂隙三维模型，并通过删除颗粒的方式将裂隙三维模型导入样品模型中。
17、根据本专利技术提供的打印材料压密行为的离散元建模方法，基于赫兹接触模型构建离散元模型中的参数调整模型具体包括：
18、基于赫兹接触模型构建非线性接触参数调整模型，非线性接触参数调整模型中颗粒刚度计算公式为：
19、
20、其中，kn为颗粒间接触刚度，e*为待优化的接触颗粒等效弹性模量，r*为接触颗粒等效半径，δ为接触颗粒间重叠位移，α为待优化的指数参数；另δ＝βε+c，其中ε为压缩应变，β和c分别为重叠量相关待优化的系数；
21、计算更新所使用的弹性模量e利用如下公式进行换算：
22、e＝knl/a；
23、其中，a＝πr2，l＝r(1)+r(2)，r＝min(r(1),r(2))，r(1)与r(2)为接触两颗粒直径，在计算中取分组中颗粒的平均半径。
24、根据本专利技术提供的打印材料压密行为的离散元建模方法，根据打印材料样品的压密行为试验建立离散元模型中的加载模型具体包括：根据试验参数建立加载模型中的加载板以及确定加载板的加载速度；
25、相应的，s1和s3中打印材料压密行为通过离散元模型的仿真过程具体为：
26、根据加载模型对样品模型进行加载仿真，计算仿真过程中样品模型的实时应力-应变关系以及记录接触断裂过程，同时加载仿真过程每个计算步调取实时应变、根据实时应变以及非线性接触参数调整模型进行样品模型中颗粒弹性模量的更新与记录，实现对颗粒弹性模量的非线性更新。
27、根据本专利技术提供的打印材料压密行为的离散元建模方法，s1中建立目标函数具体包括：
28、获取打印材料样品在单轴压缩试验下测量得到的应力-应变曲线，提取多个应变特征点，获取试验测量的多个应变特征点以及对应的多个应力值；
29、获取打印材料通过离散元模型进行单轴压缩仿真时数值计算得到的应力-应变曲线，并获取数值计算的与多个应变特征点对应的多个应力值；
30、以数值计算的多个应力值与试验测量的多个应力值之间的偏差最小为目标建立目标函数。
31、根据本专利技术提供的打印材料压密行为的离散元建模方法，目标函数f具体为：
32、
33、其中，α,β,e*，…为离散元模型中待优化的参数，λk为优化权值，σk′为数值计算的特征点应力值，σk为试验测量的特征点应力值。
34、根据本专利技术提供的打印材料压密行为的离散元建模方法，s2中分布式强化学习模型具体为：状态空间st＝[f,α,β,e*，...]，其中f为目标函数值；待优化的参数取值范围服从1.5＜α＜9.5，1＜β＜9，e*min＜e*＜e*max；待优化的各参数的动作空间具体为：
35、
36、其中，n为动作更新步长；奖励结构r设定为目标本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种打印材料压密行为的离散元建模方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的打印材料压密行为的离散元建模方法，其特征在于，S1中建立打印材料压密行为的离散元模型具体包括：
3.如权利要求2所述的打印材料压密行为的离散元建模方法，其特征在于，根据打印材料样品，建立离散元模型中的样品模型，并确定样品模型中的颗粒类型以及颗粒接触属性，具体包括：
4.如权利要求2所述的打印材料压密行为的离散元建模方法，其特征在于，根据打印材料样品，建立离散元模型中的样品模型还包括：
5.如权利要求2所述的打印材料压密行为的离散元建模方法，其特征在于，基于赫兹接触模型构建离散元模型中的参数调整模型具体包括：
6.如权利要求5所述的打印材料压密行为的离散元建模方法，其特征在于，根据打印材料样品的压密行为试验建立离散元模型中的加载模型具体包括：根据试验参数建立加载模型中的加载板以及确定加载板的加载速度；
7.如权利要求1所述的打印材料压密行为的离散元建模方法，其特征在于，S1中建立目标函数具体包括：
8.如权利要求7所
9.如权利要求5所述的打印材料压密行为的离散元建模方法，其特征在于，S2中分布式强化学习模型具体为：状态空间St＝[F,α,β,E*，...]，其中F为目标函数值；待优化的参数取值范围服从1.5＜α＜9.5，1＜β＜9，E*min＜E*＜E*max；待优化的各参数的动作空间具体为：
10.一种打印材料压密行为的离散元建模系统，其特征在于，所述系统包括存储器及处理器，所述存储器储存有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时执行上述权利要求1-9中任一项所述的打印材料压密行为的离散元建模方法。
...【技术特征摘要】
1.一种打印材料压密行为的离散元建模方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的打印材料压密行为的离散元建模方法，其特征在于，s1中建立打印材料压密行为的离散元模型具体包括：
3.如权利要求2所述的打印材料压密行为的离散元建模方法，其特征在于，根据打印材料样品，建立离散元模型中的样品模型，并确定样品模型中的颗粒类型以及颗粒接触属性，具体包括：
4.如权利要求2所述的打印材料压密行为的离散元建模方法，其特征在于，根据打印材料样品，建立离散元模型中的样品模型还包括：
5.如权利要求2所述的打印材料压密行为的离散元建模方法，其特征在于，基于赫兹接触模型构建离散元模型中的参数调整模型具体包括：
6.如权利要求5所述的打印材料压密行为的离散元建模方法，其特征在于，根据打印材料样品的压密行为试验建立离散元模型中的加载模型具体包括：...
【专利技术属性】
技术研发人员：周诚，李心怡，高玉月，李盛，程杉杉，余悦，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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