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原文传递一种基于化学反应的材料力学性能统一表征方法

专利名称：	一种基于化学反应的材料力学性能统一表征方法
摘要：	本发明公开了一种基于化学反应的材料力学性能统一表征方法，属于材料力学性能检测技术领域。该方法的实现步骤如下：首先测量样品的尺寸参数；然后利用静动态综合试验获得样品的力‑位移‑时间曲线数据，其次在基于化学反应的材料弹性本构模型中输入试验过程参数，再将力‑位移‑时间曲线数据导入基于化学反应的材料弹性本构模型，最后通过优化算法自动拟合本构模型中的各项参数。本发明通过一个统一的模型解释了材料和结构的多种静动态力学性能，可以解决工程应用中复杂非金属结构的多种力学性能因交错在一起而造成分别试验和预测时的不准确和脱离工程实际的问题，拓宽了非金属材料在工程中的应用范围，并为力学超材料技术的应用奠定技术基础。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	中国船舶重工集团公司第七一九研究所
发明人：	游卓;赵志高;张昊;钱家昌;肖国林;王磊;陈虹;黎焕敏;张满弓;张安付;蔡琛;何鹏;胡旭;赵爱国;吴涛
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-06T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-25T00:00:00+0800
申请号：	CN201910493312.3
公开号：	CN110376054A
代理机构：	北京理工大学专利中心
代理人：	廖辉
分类号：	G01N3/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	430064 湖北省武汉市江夏区藏龙岛开发区杨桥湖大道19号
主权项：	1.一种基于化学反应的材料力学性能统一表征方法，其特征在于，该方法的实现步骤如下：步骤一：测量样品的尺寸参数；步骤二：利用静动态综合试验获得样品的力-位移-时间曲线数据，试验过程为加载→保载→动态循环加载→卸载或者其他自定义过程；步骤三：在基于化学反应的材料弹性本构模型中输入试验过程参数：起点、加载速率、终点、保载时间、动态加载频率和振幅；步骤四：将力-位移-时间曲线数据导入基于化学反应的材料弹性本构模型；步骤五：通过优化算法自动拟合本构模型中的各项参数。 2.如权利要求1所述的基于化学反应的材料力学性能统一表征方法，其特征在于，所述基于化学反应的材料弹性本构模型定义为： E(t)＝E1+Σ(Et1+Et2+…+Eti+…+Etn) (式1) 其中： E(t)为t时刻材料表现出的弹性模量； E1为材料不随时间变化的弹性项，为线弹性或超弹性； Eti(i＝1,2,…,n)为第i种与应变相关的化学反应机理的瞬时弹性项，式2为针对可表现出常规的蠕变性能表征的一种Eti的表达方式： Eti＝T(i)×c(i) (式2) 其中： T(i)为弹性常数，单位与弹性模量一致； c(i)为第i种瞬时弹性项对应的相关物质或过程的残留水平项，如应变、某种化学链的错动还未发生的量，对应化学反应中反应物的浓度；仍以蠕变为例，c(i)随时间发生变化率可表示为： dc(i)/dt＝cR(i)×e-N(i) (式3) 其中： R(i)为化学反应级数； e为自然常数； N(i)为第i种瞬时弹性项对应的反应活性项，N(i)是常数或与应变相关的线性项；材料的弹性模量随时间的动态变化过程可通过用上述模型随时间的积分获得，用微分方程表示为： dx/dt＝S/E(t) (式4) 其中x为应变,S为应力。 3.如权利要求1或2所述的基于化学反应的材料力学性能统一表征方法，其特征在于，所述材料力学性能包括弹性、粘性、阻尼、蠕变、马林斯效应和松弛效应。 4.如权利要求3所述的基于化学反应的材料力学性能统一表征方法，其特征在于，所述步骤一利用直尺或游标卡尺等工具测量样品的尺寸参数，尺寸参数包括试样长度、宽度、直径或高度。 5.如权利要求4所述的基于化学反应的材料力学性能统一表征方法，其特征在于，所述步骤五中通过优化算法自动拟合本构模型中的各项参数的过程如下： (1)撒点，假设多组材料本构参数； (2)正向推演：根据假设的本构，按照试验过程，求解以各项反应机理的反应速率(阿累尼乌兹公式)的常微分方程的数值解，获得样品应变的随时间的变化率，从而获得样品理论的力-位移-时间曲线； (3)与试验曲线比对，计算当前组的偏差； (4)根据偏差对假设值进行修正； (5)采用优化算法迭代执行上述过程，获得偏差最小、鲁棒性最好的本构参数曲线。 6.如权利要求5所述的基于化学反应的材料力学性能统一表征方法，其特征在于，所述优化算法采用基因优化算法或深度学习算法。
所属类别：	发明专利