(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210621533.6 (22)申请日 2022.06.02 (71)申请人 中国航发北京航空材 料研究院 地址 100095 北京市海淀区北京市81号信 箱 (72)发明人 王志彪　姜嘉赢　张皓　陈阳　 田高峰　 (74)专利代理 机构 中国航空专利中心 1 1008 专利代理师 仉宇 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/13(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种利用数值模拟修正热压缩应力应变曲 线的方法 (57)摘要 本发明公开了一种利用数值模拟修正热压 缩应力应变曲线的方法， 可以解决传统方法由于 试样存在温度梯度和摩擦， 导致难以准确计算材 料应力应变曲线的问题。 首先通过 实验获取热压 缩过程载荷位移数据及试样温度梯度， 然后利用 数值模拟计算试样应变分布， 再根据弹塑性变形 理论计算中间截面各点的轴向应力， 积分获得中 间截面理论载荷， 该理论载荷应与实验获得的载 荷相等， 由此可以计算得到修正后的应力应变曲 线。 本发明提供的方法考虑了热压缩变形时的温 度梯度， 利用实验、 数值模拟和理论计算相结合 的方法， 对应力应变曲线进行了修正， 计算结果 更准确。 权利要求书7页 说明书9页 附图7页 CN 115017697 A 2022.09.06 CN 115017697 A 1.一种利用数值模拟修正热压缩应力应变曲线的方法， 其特征在于： 首先通过热压缩 实验获取热压缩过程载荷位移及试样温度梯度等 实验数据并进行数据处理， 然后 将载荷位 移数据及试样温度梯度代入数值模拟软件进 行热压缩数值模拟， 计算获得模拟试样的应变 和应变速率分布， 建立热压缩真实等效应力函数， 并利用模拟的应变和应变速率数据计算 真实等效应力， 根据弹塑性变形理论计算中间截面各节点的轴向应力， 积分获得中间截面 理论载荷， 该理论载荷与实验获得的热压缩过程载荷一致， 从而求解热压缩真实等效应力 函数， 实现对热压缩应力应 变曲线的修 正。 2.根据权利要求1所述的利用数值模拟修 正热压缩应力应 变曲线的方法， 其特 征在于： 所述热压缩实验是按如下 方式进行的： 准备金属热压缩柱状试样， 试样长度为L0， 试样半径为R0； 在所述试样上焊接多个热电 偶， 进行热压缩实验， 试样的加热温度为T； 所述多个热电偶在所述试样柱面上纵向排布， 且 在试样中部与试样端部之间等间距排布。 3.根据权利要求2所述的利用数值模拟修 正热压缩应力应 变曲线的方法， 其特 征在于： 所述热压缩实验获得的数据及数据处 理是按如下 方式进行的： 提取热压缩实验数据， 数据包括随压缩时间变化的各时刻压缩量S， 各压缩量S对应的 载荷量F、 各压缩量S对应的各 热电偶的温度； 计算获得各压缩量S对应的： 初始等效应变 以及初始等效应力 对各个压缩量S进行等间隔插值， 得到K个压缩量SK， 并进一步得到各压缩量SK对应的载 荷量FK,Exp； 获取热压缩实验结束后所述试样的中间截面半径RExp； 对所述各压缩量S下各个热电偶温度进行拟合， 计算得到各压缩量S下的试样端面温度 TS。 4.根据权利要求3所述的利用数值模拟修 正热压缩应力应 变曲线的方法， 其特 征在于： 所述热压缩数值模拟是按如下 方式进行的： 通过数值模拟软件对所述热压缩实验进行数值模拟， 其中模拟参数为： 获得的所述初 始等效应变 初始等效应力 试样端面温度TS， 试样中间截面温度为所述的加热温度T， 在数值模拟 中预设K个输出状态， 设置模拟试样网格边长为a， 摩擦系数为μ， 将所述摩擦系 数 μ作为模拟的控制变量， 通过多次整摩擦系数 μ 的值， 使 得数值模拟后的试样最大半径RSim 等于所述测量获取的所述中间截面半径RExp。 5.根据权利要求 4所述的利用数值模拟修 正热压缩应力应 变曲线的方法， 其特 征在于： 所述获得模拟试样的应 变和应变速率数据如下： 由数值模拟软件给出模拟试样K个输出状态下中间网格截面每个节点的节点数据， 节 点数据包括对应输出状态下等效应变ε0、 轴向应变εz、 等效应变速率 轴向应变速率分量 径向应变速率分量 环向应变速率分量 以及径向坐标值r； 同时， 由数值模拟软件给出模拟试样K个输出状态下的相邻网格截面的每个节点的节权　利　要　求　书 1/7 页 2 CN 115017697 A 2点数据， 节点数据包括对应输出状态下等效应变ε1、 等效应变速率 以及剪应变速率分量 所述相邻网格截面 为对应输出状态下中间 网格截面的上层或下层网格截面。 6.根据权利要求5所述的利用数值模拟修 正热压缩应力应 变曲线的方法， 其特 征在于： 所述建立热压缩真实等效应力函数， 并利用模拟的应变和应变速率数据计算真实等效 应力是按如下 方式进行的： 其中， 等效应变ε， 等效应变速率 m为大于等于3的整数； Aij是未知系数， i和j均为大 于等于零小于等于m的整数； 将K个输出状态下， 中间网格截面及相邻网格截面各节点的等效应变和等效应变速率 代入所述真实等效应力函数， 计算得对应的中间网格截面各节点的真实等效应力σ0， 及相 邻网格截面各节点的真实等效应力σ1； 其中， σ0和σ1是包含未知系数Aij的代数表达式。 7.根据权利要求5所述的利用数值模拟修 正热压缩应力应 变曲线的方法， 其特 征在于： 所述建立热压缩真实等效应力函数， 并利用模拟的应变和应变速率数据计算真实等效 应力是按如下 方式进行的： 其中， 等效应 变 ε， 等效应 变速率 m为大于等于 3的整数； Aij是未知系数， i和j均为大于 等于零小于等于m的整数； 将K个输出状态下， 中间网格截面及相邻网格截面各节点的等效应变和等效应变速率 代入所述真实等效应力函数， 计算得对应的中间网格截面各节点的真实等效应力σ0， 及相 邻网格截面各节点的真实等效应力σ1； 其中， σ0和σ1是包含未知系数Aij的代数表达式。 8.根据权利要求6或7所述的利用数值模拟修正热压缩应力应变曲线的方法， 其特征在 于： 所述计算中间截面各节点的轴向应力是按如下 方式进行的： 根据弹塑性变形的增量理论、 平衡微分方程， 以及边界条件求解K个输出状态下中间网 格截面各节点的轴向应力σz， 求解公式为： 权　利　要　求　书 2/7 页 3 CN 115017697 A 3