設(shè)計(jì)仿真 | 金屬循環(huán)塑性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的參數(shù)擬合


 概 述 



通常需要使用特定的材料模型來模擬金屬在循環(huán)荷載條件下的非彈性響應(yīng)。通過一些實(shí)驗(yàn)測試表明,對金屬進(jìn)行了多次循環(huán)加載試驗(yàn),其實(shí)驗(yàn)和結(jié)果與現(xiàn)實(shí)的實(shí)際應(yīng)用工況息息相關(guān)。因此,通過循環(huán)荷載試驗(yàn)估算非彈性材料特性至關(guān)重要。

通過簡單的案例講解,介紹金屬試件在考慮經(jīng)輪效應(yīng)下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)循環(huán)載荷拉伸試驗(yàn),獲取準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)。基于Nelder-Mead或下山單純形法的數(shù)據(jù)擬合工具用于確定一組Hashiguchi本構(gòu)模型材料參數(shù),通過相互驗(yàn)證,表明該參數(shù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相當(dāng)吻合。



 操作流程 




2.1

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)介紹及導(dǎo)入

通過對具有棘輪效應(yīng)的金屬的拉伸實(shí)驗(yàn),獲取相應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),輸入數(shù)據(jù)表中存儲了實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,同時(shí)還必須知道施加和/或測量先前量的時(shí)間步長。因此,輸入數(shù)據(jù)由三列表表示:第一列包含時(shí)間,第二列包含施加的軸向應(yīng)變,第三列包含測量的拉伸應(yīng)力。第一列中的數(shù)量(即時(shí)間)表示表的自變量,而其他兩列定義了因變量(即單軸應(yīng)變和拉伸應(yīng)力)。表中的點(diǎn)應(yīng)按時(shí)間順序增加。第一個(gè)點(diǎn)應(yīng)該在時(shí)間0,對應(yīng)的應(yīng)變和應(yīng)力等于0。本例中使用的表在marc安裝目錄下保存在ratcheting.txt作為原始格式。

我們首先讀取包含表的文件,然后進(jìn)行ratcheting.txt,我們將自變量V1定義為時(shí)間。上傳的表格包含567個(gè)點(diǎn)。為了減少數(shù)據(jù)擬合過程的計(jì)算時(shí)間,可以使用“減少數(shù)據(jù)點(diǎn)”選項(xiàng)減少數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量。生成一個(gè)新圖表命名為ratcheting_reduced。通常,該操作不會影響數(shù)據(jù)擬合和最終結(jié)果的參考應(yīng)力-應(yīng)變曲線的形狀。執(zhí)行這些第一步的按鈕順序如下,相應(yīng)的表屬性菜單如圖1所示。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的時(shí)間應(yīng)變曲線和相應(yīng)的縮減曲線分別如圖2和圖3所示。

設(shè)計(jì)仿真 | 金屬循環(huán)塑性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的參數(shù)擬合的圖1

圖1 減少數(shù)據(jù)點(diǎn)

設(shè)計(jì)仿真 | 金屬循環(huán)塑性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的參數(shù)擬合的圖2

圖2 導(dǎo)入數(shù)據(jù)曲線圖

設(shè)計(jì)仿真 | 金屬循環(huán)塑性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的參數(shù)擬合的圖3

圖3 處理后曲線


2.2 

實(shí)驗(yàn)參數(shù)擬合

現(xiàn)在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合,從“材料屬性”主菜單下的“實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合”菜單。在菜單頂部的“屬性”下,我們從下拉菜單中選擇“可塑性”。在“類型”下的“塑性”部分,從下拉菜單中選擇“循環(huán)塑性”。然后,我們可以加載用于數(shù)據(jù)擬合目的的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。按下圖4中的單軸塑性試驗(yàn)按鈕,彈出圖5中的菜單,我們可以選擇適當(dāng)?shù)谋砀瘛T谶@里,我們選擇名為ratcheting_reduced的點(diǎn)數(shù)減少的表。然后選擇循環(huán)塑性擬合,打開界面件圖6。

設(shè)計(jì)仿真 | 金屬循環(huán)塑性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的參數(shù)擬合的圖4

 圖4 實(shí)驗(yàn)曲線擬合

設(shè)計(jì)仿真 | 金屬循環(huán)塑性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的參數(shù)擬合的圖5

圖5 循環(huán)塑性擬合界面

設(shè)計(jì)仿真 | 金屬循環(huán)塑性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的參數(shù)擬合的圖6

圖6 Hashiguchi計(jì)算界面


2.3 

產(chǎn)生本構(gòu)參數(shù)

通過點(diǎn)擊圖示7界面的計(jì)算按鈕,開始迭代求解Hashiguchi模型本構(gòu)參數(shù)。并自動(dòng)顯示實(shí)驗(yàn)曲線與數(shù)據(jù)擬合程序得出的曲線,從圖8可以看出存在良好的一致性。然后點(diǎn)擊創(chuàng)建,自動(dòng)將產(chǎn)生的Hashiguchi本構(gòu)參數(shù)添加到Marc材料屬性中,以便后續(xù)給對應(yīng)單元賦予此材料屬性。

設(shè)計(jì)仿真 | 金屬循環(huán)塑性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的參數(shù)擬合的圖7

圖7 獲取的本構(gòu)參數(shù)

設(shè)計(jì)仿真 | 金屬循環(huán)塑性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的參數(shù)擬合的圖8

圖8 實(shí)驗(yàn)曲線和本構(gòu)參數(shù)生成曲線對比

設(shè)計(jì)仿真 | 金屬循環(huán)塑性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的參數(shù)擬合的圖9

圖9 自動(dòng)生成對應(yīng)材料屬性



 參 照 



敬請參照 “Marc2022.3用戶手冊 e123 案例,案例中含所需要的數(shù)據(jù)文件。


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