D0I:10.13374/i.issm1001053x.2004.01.015 第26卷第4期 北京科技大学学报 Vol.26 No.4 2004年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2004 含动态再结晶粘塑性模型的参数识别 曲杰”金泉林)徐秉业” 1)清华大学工程力学系，北京1000842)北京机电研究所，北京100083 摘要针对含动态再结晶粘塑性模型中的材料参数应用传统的测试方法很难准确测定的 问题，吸收了遗传算法、增广高斯-牛顿算法、Levenberg-Marquardt算法和可变多面体算法的 优点，构造了一套混合的全局优化算法.以26C2Ni4MoV为例，以徽粗实验提供的实验数据 和刚塑性有限元模拟提供的数值解差值的，范数的平方作为目标函数，应用构造的算法识别 了该模型中的材料参数，计算结果和实验结果符合良好， 关键词粘塑性模型：全局优化：反分析：有限元：参数识别 分类号0344：TG113.1 在热加工条件下，动态再结晶是最重要的微 用的优化方法.对于简单问题，根据经验往往能 观组织演化过程之一，是决定最终锻件内晶粒尺 够获得一个比较好的初值，因此应用传统的以梯 寸分布的关键因素之一.为了模拟热加工条件下 度为基础的局部搜索算法，如Levenberg-Ma- 的动态再结晶过程，金泉林提出了含动态再结晶 rquardt算法俐等，就能够获得一组令人满意的参 的粘塑性模型(VPDR)m.为了使模型能够更好地 数.但是，由于本文中要测试的模型所描述的问 与实验结果相一致，笔者对VPDR做了改进.模 题比较复杂，经验知识不多，初值很难确定，因此 型确定以后，对材料参数的准确测量就成为决定 不得不求助于全局搜索算法. 模拟精度的重要因素之一· 在实际中应用的全局搜索算法主要是概率 圆柱试样的镦粗实验经常被用来测定高温 类算法，但是概率类算法的收敛速度比较慢.为 下材料的参数，通常情况下，根据均匀变形假设 了克服这个缺点，本文结合了概率类全局搜索算 ! 将载荷曲线转化为真应力一真应变曲线并作为 法的优点和以局部微分特性为基础的算法收敛 整个试样的应力一应变曲线，对于一些微观量， 速度比较快的特点，构造了一套混合算法.最后 则将选定视场内的该微观量的值作为整个试样 以26Cr2Ni4MoV为例，应用构造的算法识别含动 该微观量的值.但由于摩擦的存在，试样内微观 态再结晶的粘塑性模型中的材料参数， 组织的分布是不均匀的.同时由于该模型耦合了 宏观变形和微观组织的演化，材料参数比较多， 1模型分析 很难将每个参数和实验数据一一对应起来四.上 在热加工条件下，堆垛层错能比较低的材料 述两点导致应用常规的参数测试方法很难准确 的流动行为和由动态再结晶导致的微观组织演 地测定该模型中的材料参数.反分析是通过应用 化可由附录A的模型来描述.该模型基于动态再 优化技术使计算结果和实验结果差值的一定范 结晶从原始晶界开始逐步向心部发展反复形核 数最小来获得材料参数而不需要应用均匀化假 有限长大的物理机理和不可逆热力学，应用细观 设和解释材料参数，本文应用反分析方法来测 力学的方法导出.模型中主要变量的物理意义见 定材料参数. 附录B.VPDR中需要识别的材料参数共有20个， 参数识别结果的准确程度，主要取决于所选 即： K=(au,Cup,dre,c,pe,vo,C,p,hilla,s,a,Mo,Qu 收稿日期200306-13 曲杰男，30岁，博士研究生 *国家“973”项目(No.G2000067208-2) Bo,OF,Funo,Freo,m第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 恤 】 一 含动态再结晶粘塑性模型的参数识别 曲 杰 ” 金泉林 ” 徐 秉业 ‘， 清 华 大学工 程 力学 系 ， 北 京 北 京机 电研 究所 ， 北 京 摘 要 针 对 含动 态 再 结 晶粘 塑性 模 型 中的材 料参 数应 用 传 统 的测 试 方 法 很 难 准确 测 定 的 问题 ， 吸 收 了遗传 算法 、 增广 高斯 一 牛顿算法 、 一 算 法 和 可 变 多面 体算 法 的 优 点 ， 构造 了一 套 混 合 的全 局 优 化 算法 以 为例 ， 以墩 粗 实验 提供 的实验 数据 和刚塑性有 限元 模拟 提供 的数值 解 差值 的人范数 的平 方 作 为 目标 函数 ， 应用 构造 的算法 识 别 了该模 型 中的材料 参数 ， 计 算结 果 和 实验 结果 符 合 良好 关键词 粘 塑性 模型 全局 优化 反 分析 有 限元 参数 识 别 分 类号 在 热加 工 条 件 下 ， 动 态 再 结 晶是最 重要 的微 观 组织演 化 过程之 一 ， 是 决 定最 终锻 件 内晶粒尺 寸分布 的关键 因素之 一 为 了模拟 热 加 工 条件 下 的动 态 再 结 晶过程 ， 金 泉林提 出 了含 动态 再 结 晶 的粘 塑性 模型 〔 为 了使模型 能够 更好 地 与 实验 结果 相 一 致 ， 笔 者 对 做 了改进 模 型确 定 以后 ， 对 材料 参 数 的准 确 测 量 就成 为 决定 模拟 精度 的重 要 因 素之 一 圆柱 试 样 的徽 粗 实验 经 常 被 用 来 测 定 高温 下材料 的参数 通 常情 况 下 ， 根 据 均 匀 变形 假 设 将 载荷 曲线 转 化 为真 应 力一真应 变 曲线 并 作 为 整 个试 样 的应 力一应 变 曲线 对 于 一 些 微 观 量 ， 则 将 选 定 视 场 内的该 微 观 量 的值 作 为 整 个 试 样 该 微观 量 的值 但 由于 摩 擦 的存 在 ， 试 样 内微 观 组织 的分布 是不 均 匀 的 同时 由于该模 型祸 合 了 宏 观 变 形 和 微 观 组 织 的演 化 ， 材 料 参 数 比较 多 ， 很 难 将 每个 参 数和 实验 数据 一 一 对 应 起 来 仪， 上 述 两 点 导 致 应 用 常 规 的参 数 测 试 方 法 很 难 准 确 地测 定该模型 中的材料参 数 反分 析 是通 过 应用 优 化 技 术 使 计 算结 果 和 实验 结 果 差 值 的 一 定 范 数 最 小 来 获 得 材 料 参 数 而 不 需 要 应 用 均 匀 化 假 设和 解 释 材料 参数 ‘ ， 本文 应 用 反 分 析方 法 来测 定材 料参 数 参 数 识 别 结 果 的准 确 程 度 ， 主 要 取 决于 所 选 用 的优 化 方 法 对 于 简 单 问题 ， 根 据 经 验 往 往 能 够 获得 一 个 比较 好 的初 值 ， 因此 应 用 传 统 的 以梯 度 为 基 础 的 局 部 搜 索 算 法 ， 如 一 算法 ，，等 ， 就 能够 获 得 一 组 令 人 满 意 的参 数 但 是 ， 由于 本文 中要 测 试 的模 型所 描 述 的 问 题 比较 复 杂 ， 经验 知 识 不 多 ， 初 值 很 难确 定 ， 因此 不 得 不 求助 于 全 局 搜 索 算 法 在 实 际 中应 用 的全 局 搜 索 算 法 主 要 是 概 率 类 算 法 ， 但 是概 率类算法 的收敛 速 度 比较 慢 为 了克服 这 个缺 点 ， 本 文 结合 了概 率类 全 局 搜索 算 法 的优 点和 以局 部 微 分 特 性 为基 础 的算 法 收敛 速 度 比较 快 的特 点 ， 构造 了一 套 混 合 算法 最 后 以 为例 ， 应 用 构造 的算法 识 别含 动 态 再 结 晶 的粘 塑 性 模 型 中 的材 料 参 数 收稿 日期 一企 曲杰 男 ， 岁 ， 博士 研 究生 国家 ，’ 项 目 一 模 型 分 析 在 热 加 工 条 件 下 ， 堆垛 层错 能 比较 低 的材料 的流 动 行 为和 由动 态 再 结 晶 导 致 的微 观 组 织 演 化 可 由附录 的模 型 来 描 述 该模 型 基 于 动 态 再 结 晶从 原 始 晶界 开 始 逐 步 向心 部 发 展 反 复形 核 有 限长 大 的物 理 机 理 和不 可逆 热 力学 ， 应 用细 观 力学 的方法 导 出 模 型 中主 要 变量 的物 理 意义 见 附录 中需 要 识 别 的材 料 参 数共 有 个 ， 即 ， 四， 二， 二 ， 二 ， ， ， 下。 ， ， ， 乙 ， ， ， ， ， 汤 ， 肠 ， 牙 ， 凡阅 ， 凡 。 ， DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2004．04．045