疲勞動態損傷下耗散能模型參量的計算反求方法

《疲勞動態損傷下耗散能模型參量的計算反求方法》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由李源擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：疲勞動態損傷下耗散能模型參量的計算反求方法
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李源
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

疲勞耗散能方法能夠實時監測材料疲勞損傷演化過程，快速預測疲勞性能參數和研究疲勞失效機理，是目前疲勞領域的研究熱點。該方法的有效性取決於疲勞耗散能計算精度，而疲勞是損傷不斷累積的過程，這導致材料熱傳導係數、換熱係數、比熱容等熱物性參量動態變化，準確識別這些關鍵參量是現有疲勞耗散能計算的瓶頸問題。為此，本項目提出一種疲勞動態損傷下多參量組合識別的計算反求方法，實時獲取可靠的熱物性參量，實現疲勞耗散能的精確計算。本項目主要研究溫度-應變全場耦合的實驗技術和數值建模方法、疲勞動態損傷下耗散能與熱物性參量間的相關性和敏感度分析、基於改進正則化方法和自適應代理模型的多參量反求算法三項關鍵技術，並對相關模型和算法進行系統集成和實驗驗證。本項目的完成將為材料疲勞動態損傷下耗散能的精確定量分析提供一條新思路，為疲勞耗散能方法的工程套用提供理論和技術支撐。

結題摘要

耗散能方法是國際上近期出現的疲勞行為研究的新方法，也是目前損傷研究領域的研究熱點，其有效性取決於耗散能的精確定量分析。但疲勞損傷是一個不可逆熱力學過程，不可逆巨觀或局部微觀塑性變形引起材料內部微觀結構出現損傷，這導致耗散能參量發生動態變化，難以通過實驗精確測量，限制了疲勞耗散能方法的推廣套用。開展耗散能模型參量準確識別方法的研究，可實現疲勞動態損傷下疲勞耗散能的精確定量分析，具有重要的學術和工程價值。為此，本項目主要研究疲勞動態損傷下耗散能參量的準確計算方法及其套用。項目組緊緊圍繞研究目標和要點，按照時間表有計畫有系統地展開研究，全面完成了疲勞動態損傷下耗散能的定量分析、疲勞耗散能計算模型的反問題建模等內容，主要研究進展包括：（1）針對耗散能定量分析的問題，提出了基於全場測量實驗技術的耗散能計算方法；（2）基於溫度-應變場耦合測量實驗系統，研究了材料拉伸及疲勞動態損傷下耗散能、應變能變化特徵和規律，總結了金屬材料能量耗散機制的不同表現形式及一般性規律；（3）針對疲勞損傷周期長、溫度場測量信息實測的準確性和數據量的充分性等問題，通過多次反覆的疲勞載入實驗，研究了溫度場測量數據和待反求熱物性參量間的敏感性問題。然而，研究表明疲勞過程中材料熱傳導係數、換熱係數、比熱容等熱物性參數對耗散能變化並不敏感，難以建立用於多參量識別的熱物性參量反問題模型，僅完成了基於改進正則化方法和自適應代理模型的多參量反求技術的可行性分析。基於此，將研究計畫適當調整為拉伸損傷下鋁鎂合金PLC效應的熱耗散及微觀結構演化的研究，主要研究進展包括：（1）提出了一種拉伸動態損傷下合金材料全場熱源計算方法，系統研究了不同拉伸應變率下PLC效應熱耗散變化規律；（2）基於SEM的原位拉伸實驗，全面分析了鋁鎂合金拉伸損傷全過程的表面微結構演化，並與局部熱耗散效應進行了對比分析。基於耗散能的定量分析，全面研究了材料在拉伸及疲勞動態損傷下能量耗散特徵，在巨觀疲勞行為與微觀結構損傷演化之間搭建了橋樑，為更加深刻地揭示結構破壞失效機理提供了重要手段。項目執行期間，共發表學術論文8篇，其中SCI/EI檢索論文4篇，獲得軟體著作權1項、專利1項，出版譯著1部，參加國際國內會議25人次，培養研究生4人。