[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

摘要

本发明公开了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，包括以下步骤：(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；(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；(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；(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。本发明可以用于模拟在空间随机分布的任意数量的微粒、对任意形式的金属结构进行冲击的力学行为预测。

主权项

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。