[发明专利]基于混合硬化模型的微粒流冲击金属材料力学行为预测方法

权利要求书

1.一种基于混合硬化模型的微粒流冲击金属材料力学行为预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)构建微粒位置在空间随机分布的微粒流冲击金属材料的有限元模型；所述步骤(1)具体为：

首先，创建微粒和金属构件的有限元模型；其次，分别设置微粒和金属构件的材料属性，最后，设置分析步和通用接触属性，并且在微粒球心施加初始速度、划分网格；

在创建微粒和金属构件的有限元模型过程中，通过Python语言对空间分布的球形微粒进行参数化建模，过程如下：

步骤(a)在ABAQUS的部件模块创建第一个球形微粒模型，直径为d；

步骤(b)利用Python提供的随机函数Random.Uniform()在指定区间内随机产生第m个空间点坐标(x，y，z)；

步骤(c)若第m个空间点坐标与第k个微粒的球心之间的距离小于直径d，表明若以该点为球心、直径为d的微粒将与其它微粒在空间发生重叠，不满足要求，返回步骤(b)重新产生一个空间点坐标，反之，进入步骤(d)；其中，k＝1～m-1；

步骤(d)计算以第m个空间点为球心、直径为d的微粒与第k个微粒冲击金属表面形成凹坑的中心位置之间的距离l，带入到Avrami方程P(l)表示两个凹坑相距为l的概率，为凹坑的直径，ε为常参数；

步骤(e)利用Python提供的随机函数Random.Uniform(0，1)产生一个随机参数h，若P(l)＜h，返回步骤(b)重新产生一个空间点坐标；若P(l)＞h，则在ABAQUS的Assembly模块中以第一个微粒为目标对象创建一个相同的微粒实体，并移动该实体，移动后的球心坐标为空间点(x，y，z)，至此，完成第m个球形微粒的创建；

步骤(2)建立综合考虑应变强化、应变率强化、相变强化以及随动硬化效应的材料率相关混合硬化弹塑性本构模型；

步骤(3)编写ABAQUS-VUMAT用户动态材料子程序，运用应力补偿更新算法实现提出的本构模型；

步骤(4)将子程序嵌入到ABAQUS中，对微粒流冲击金属构件的过程进行计算，进一步预测金属材料的力学行为。

2.根据权利要求1所述的基于混合硬化模型的微粒流冲击金属材料力学行为预测方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括下述步骤：

考虑塑性应变硬化、应变率硬化和马氏体相变硬化，并引入背应力后金属材料的屈服准则为：

其中，f为屈服方程，S为偏应力张量，α为背应力张量，K表示屈服面的大小，p为等效塑性应变；

随动硬化规律采用Armstrong-Frederick非线性随动硬化法则：

其中，表示背应力对时间的导数，r和θ为材料参数，为塑性应变率；为等效塑性应变率；

在塑性应变硬化、应变率硬化和马氏体相变硬化影响下屈服应力的演化规律为：

k_ε＝σ₀+h_ε[1-exp(-ap)] (4)

k_w＝h_wwⁿ (5)

其中，k_ε为塑性应变硬化应力，k_w为马氏体相变硬化应力，C为材料参数，为参考应变率，σ₀为初始屈服应力，h_ε为应变强化系数，a为材料参数，h_w为相变强化模量，n为强化指数，w为马氏体的百分比含量；其增量方程由Santacreu模型给出：

其中，为马氏体相含量变化率，w_max为马氏体相的最大含量，D、D₀、D₁和m为材料参数，为应力三轴度。