本发明属于机械结构塑性变形数值计算领域,特别是一种冲击塑性微观-宏观跨尺度计算方法。
背景技术:
1、herzt接触理论不具备独立的求解冲击塑性变形的能力,lankarani-nikravesh等改进的接触理论在求解冲击塑性时往往进行了包括接触方式、弹性阻尼及恢复系数方面的假设,这些假设决定了所刻画的冲击过程与真实情况存在较大偏差,这也是其所计算的冲击塑性不被认可的主要原因。
2、冲击塑性作为固体力学的一个重要分支,到目前为止仍然缺乏一种行之有效的求解策略,更多的是基于实验的总结或者经验性的归纳。经过asaro、rice及kalidindi等的发展,分子动力学中目前已经形成了一套晶体塑性框架,可以求解有限变形过程中晶体单元的塑性变形梯度张量。然而这套晶体塑性框架的应用仍停留在微观尺度,宏观尺度上的应用受到了计算成本的严重制约。
3、发明人针对微观尺度晶体塑性框架,基于合理的时空离散策略和多项式混沌展开理论构造微观映射宏观的桥梁,将微观晶体塑性变形坐标张量推广到宏观表面结构,从而实现宏观尺度冲击塑性变形求解,为塑性力学及分子动力学的发展提供新的思路。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种冲击塑性微观-宏观跨尺度计算方法,通过微观-宏观映射从机理层面实现冲击塑性的求解,进而使得冲击塑性的求解结果更准确。
2、实现本发明的技术方案为:冲击塑性微观-宏观跨尺度计算方法,包括以下步骤:
3、步骤1、冲击力作用下,对待测件的宏观表面结构进行时空离散;
4、步骤2、离散后,求解晶体边界滑移带来的位错特征的密度和速度;
5、步骤3、求解晶体内部位错特征的密度和晶体内部平均位错滑移速度;
6、步骤4、求解晶体塑性变形坐标张量;
7、步骤5、实现微观塑性坐标张量到宏观塑性变形的跨越。
8、本发明与现有技术相比,其显著优点是:
9、(1)本发明提出了一种全新的冲击塑性计算方案,区别于宏观尺度冲击塑性唯像模型,该解决方案从微观尺度位错行为阐述了机械冲击塑性变形原理,提供一种较为准确的冲击塑性计算方法,提高了使得冲击塑性的求解结果更准确性;
10、(2)本发明提出了一种宏观表面结构和微观晶体结构之间的时空离散策略,定义并求解了各个晶体结构之间的边界位错,从而实现了宏观、微观冲击行为的统一,不仅为跨尺度冲击塑性计算奠定了理论基础,还可以给其它领域微观宏观跨尺度解决方案提供一种时空映射参考。
1.冲击塑性微观-宏观跨尺度计算方法,其特征在于:包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的冲击塑性微观-宏观跨尺度计算方法,其特征在于:步骤1中,将待测试样划分i层,每一层等体积划分为j个,每一等体积单元即晶体的体积定义为vi_j,i=1,2,...,n&j=1,2,...,m,第i层体积单元的体积和定义为vi,当i≥2时,第i层划分的等体积单元数m为:
3.根据权利要求1所述的冲击塑性微观-宏观跨尺度计算方法,其特征在于:步骤2中,将各个体积单元边界位错特征量化为集合l,l的编号为li_j,i=1,2,...,n&j=1,2,...,m,li_j表示各个体积单元的边界位错向量;将li_j中的边界位错向量的集合合并到对应体积单元中,计算其边界位错特征的密度ρuαi_j和边界平均位错滑移速度vuαi,其中边界位错特征的密度可表示为:
4.根据权利要求1所述的冲击塑性微观-宏观跨尺度计算方法,其特征在于,步骤3的具体步骤如下:
5.根据权利要求1所述的冲击塑性微观-宏观跨尺度计算方法,其特征在于,步骤3.1的则晶体平均位错滑移速度为:
6.根据权利要求1所述的冲击塑性微观-宏观跨尺度计算方法,其特征在于,步骤4的具体步骤如下:
7.根据权利要求6所述的冲击塑性微观-宏观跨尺度计算方法,其特征在于,步骤4.1中,
8.根据权利要求6所述的冲击塑性微观-宏观跨尺度计算方法,其特征在于,步骤4.2中,
9.根据权利要求6所述的冲击塑性微观-宏观跨尺度计算方法,其特征在于,步骤4.2中,
10.根据权利要求1所述的冲击塑性微观-宏观跨尺度计算方法,其特征在于,步骤5中,