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申请/专利权人：北京理工大学

摘要：本发明公开的一种多微观相材料的动态参数反演与动态演变表征方法，属于动态力学领域。基于超快同步辐射X射线二维成像技术，在试样受到霍普金森杆动态加载的同时，耦合投影出包含多种微结构的试样变形前和变形后时序下的自然散斑图像；结合关于多微观相的试样的动态仿真和图像逆仿射变换，构造出嵌入了多微观相待测材料参数的虚拟时序变形前图像；通过集成数字图像相关算法，构建虚拟变形前时序散斑图像与真实变形前散斑图像之间的目标函数。通过优化目标函数更新参数值，从而反演出多微观相的动态材料多参数的最优解。通过回代参数最优解到动态仿真，对比仿真与实验的应力应变曲线和应变场，验证了动态反演的正确性并且表征了材料的动态三维演变。本发明通用于多组应变率下的动态实验。

主权项：1.一种多微观相材料的动态参数反演与动态演变表征方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一、制备带有自然散斑的试样；所述试样的材料包含1～i种微观相，试样具有多种微结构；微结构包括试样内部的孔隙、夹杂、不同微观相，以及外部的未烧结粉末颗粒；所述试样在经过同步辐射X射线照射后，其内部的孔隙、夹杂、不同微观相和外部的粉末颗粒对X射线的吸收程度不同，在垂直于X射线穿透方向的二维平面上耦合投影出因灰度不同而自然形成的散斑信息，称为自然散斑，所有自然散斑构成的图像称为自然散斑图像；步骤二、利用同步辐射X射线断层扫描技术，扫描步骤一中制备的试样，重构出包含内部孔隙、夹杂、不同微观相、外部粉末颗粒的三维模型；步骤三、对步骤一中带有自然散斑的试样，同时进行霍普金森杆动态实验和同步辐射X射线的超快二维光测；进行霍普金森杆动态实验，获得入射应力波、反射应力波和透射应力波，三个应力波方向都与杆的轴向一致，试样受到入射应力波加载经历待表征的弹塑性阶段和失效阶段的三维演变，并且进一步求得真实应力应变曲线；进行同步辐射X射线超快二维光测，同步辐射X射线垂直透射试样表面，并且耦合投影出步骤一中的多幅时序下的自然散斑图像，包括初始时刻t0试样变形前的真实自然散斑图像f0和n幅t1～tn时刻试样变形后的真实自然散斑图像的g1～gn；步骤四、将步骤二中获得的试样的三维模型代入有限元软件，按照步骤三中真实的霍普金森杆动态实验，构建关于三维模型的霍普金森杆动态仿真，并且输入与动态仿真相同应变率下的步骤三的中的入射应力波作为动态仿真载荷；步骤五、根据步骤一中的试样材料包含1～i种微观相，定义1～i种微观相的待测材料参数，并给出其迭代初始值；并根据迭代初始值设置材料属性并代入到步骤四的动态仿真中。所述待测材料参数包括弹塑性阶段的弹性参数与Johnson-Cook本构参数，失效阶段的Johnson-Cook失效模型的无量纲参数；弹性参数包括弹性模量E和泊松比υ；Johnson-Cook本构参数包括准静态下的屈服强度A、应变硬化系数B、应变硬化指数n、应变率敏感系数C和温度软化系m；Johnson-Cook失效模型的无量纲参数包括D1、D2、D3、D4、D5；待测材料参数为待优化量，定义1～i种微观相的所有材料待测参数的迭代初始值Pi0为P1～i0＝[E1～i0,υ1～i0,A1～i0,B1～i0,n1～i0,C1～i0,m1～i0,D11～i0,D21～i0,D31～i0,D41～i0,D51～i0]其中E1～i0是1～i种微观相的弹性模量的迭代初始值，υ1～i0是1～i种微观相的泊松比的迭代初始值，A1～i0是1～i种微观相的屈服强度的迭代初始值，B1～i0是1～i种微观相的应变硬化系数的迭代初始值，n1～i0是1～i种微观相的应变硬化指数的迭代初始值，C1～i0是1～i种微观相的应变率敏感系数的迭代初始值，m1～i0是1～i种微观相的温度软化系数的迭代初始值，D11～i0、D21～i0、D31～i0、D41～i0、D51～i0都是1～i种微观相的Johnson-Cook失效模型的无量纲参数的迭代初始值；并且将1～i种微观相的待测材料参数的迭代初始值P1～i0全部代入步骤四的动态仿真中的材料属性；步骤六、在步骤四的动态仿真中三维模型的第k层平面上，耦合得到1～k层的投影仿真位移场，该投影仿真位移场包括平动与形变，由于步骤五的材料属性中代入了1～i种微观相的待测材料参数，获取t1～tn时刻的n个嵌入了待测材料参数的投影仿真位移场；步骤七、选取步骤三得到的f0的计算区域，根据步骤六的嵌入了1～i种微观相的待测材料参数的投影仿真位移场和步骤三的t1～tn时刻的g1～gn按时序进行逆仿射变换，构造出嵌入了1～i种微观相的待测材料参数的n幅对应t1～tn时刻的虚拟变形前散斑图像f1′～f′n；步骤八、根据图像相关算法的原理，构造步骤七的f1′～fn′与步骤三的f0之间的嵌入了1～i种微观相待测参数的图像相关性目标函数；步骤九、根据梯度优化算法，迭代更新1～i种微观相的待测材料参数，重复五到步骤八的操作，优化步骤八中的目标函数，直到满足收敛条件，此时1～i种微观相的待测材料参数的更新停止，并且此时待测材料参数的更新值即为1～i种微观相的待测材料参数的反演最优结果值；步骤十、将步骤九的1～i种待测材料参数的反演最优结果值代入步骤四的动态仿真中，其中，动态仿真包括了三维模型在弹塑性阶段与失效阶段的整个动态过程的三维演变；通过验证1～i种待测材料参数的反演最优结果值的正确性，从而获取对应的动态仿真中三维模型在塑性阶段与失效阶段的三维演变。

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百度查询： 北京理工大学 一种多微观相材料的动态参数反演与动态演变表征方法