资源描述：
《以全局优化算法为基础的复杂模型参数识别》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、中国科学G辑:物理学力学天文学2008年第38卷第10期:1380~1389《中国科学》杂志社www.scichina.comphys.scichina.comSCIENCEINCHINAPRESS以全局优化算法为基础的复杂模型参数识别理论①*②③曲杰,金泉林,徐秉业①华南理工大学机械与汽车工程学院汽车研究中心,广州510641;②机械科学研究总院先进制造技术研究中心,北京100084;③清华大学工程力学系,北京100084*E-mail:qujie@scut.edu.cn收稿日期:2007-07-
2、19;接受日期:2007-12-17国家重点基础研究发展计划(编号:2006CB605208-3)、国家自然科学青年基金(批准号:10602018)、广东省自然科学基金博士启动基金(编号:05300252)资助项目摘要随着计算机技术和数值模拟技术发展,CAE(computeraidded关键词engineering)技术得到越来越广泛的应用,目前困扰数值模拟技术在相关领域模型内进一步应用的最主要障碍是如何获取选用模型的材料参数.给出了应用反参数识别分析方法识别材料参数的基本框架,该框架包括建立目标函
3、数、构造优化算全局优化反分析法及评价识别参数可靠性几部分,并以金泉林和海锦涛提出的描述金属流动和晶粒尺寸长大的超塑性本构模型在927℃下Ti-6Al-4V合金的参数识别为例,说明应用该框架识别材料参数的过程,其中目标函数为晶粒尺寸及流动应力计算值和实验值差值的加权平方和;优化算法为基于目标函数特性构造的吸收遗传算法、Levenberg-Marquardt算法和增广Gauss-Newton算法优点的混合全局优化算法;通过计算结果和实验结果的比较及参数识别值和理论值的比较评判参数识别结果的正确性.随着计
4、算机技术和数值模拟技术发展,CAE技术在金属成形、聚合物成形、化学工程等领域得到越来越广泛的应用,目前困扰数值模拟技术在相关领域内进一步应用的最主要障碍是如何获取选用模型的参数.传统的参数测试方法是首先分析模型中包含几个物理过程,将每一个物理过程和其他物理过程分离开来;然后分析该模型中有几个参数,每一个参数和哪几个物理过程相对应;再针对每一个物理过程设计合适的实验,根据实验数据识别模型中与该[1]物理过程相对应的参数.但是对于一些复杂工程问题,如超塑性变形是由多种变形机制控制(扩散蠕变、晶界滑移、位
5、错蠕变等),变形过程同时伴随着微观组织变化(晶粒长大等),每个物1380中国科学G辑:物理学力学天文学2008年第38卷第10期[2]理过程很难同其他过程区别开来,因此很难通过实验直接将模型中的材料参数识别出来.反分析是通过应用优化技术使实验值和计算值差值的某个特定范数最小来识别材料参数,因此只要模型中所有材料参数对于实验数据是敏感的,反分析就能够一次将模型中所有的材料参数都识别出来.曲杰等人应用反分析方法识别了考虑动态再结晶的黏塑性本构模型及考虑晶[3,4]粒尺寸长大的超塑性本构模型的材料参数.应
6、用反分析方法识别参数过程主要包括建立目标函数、构造优化算法及评价识别参数可靠性几部分.本文以考虑晶粒尺寸长大的超塑性本构模型的材料参数识别为例,给出应用反分析方法识别材料参数基本框架.1目标函数建立目标函数主要包括需要进行参数识别的物理模型、参数识别目标、目标函数形式和实验数据选择几部分内容.1.1物理模型[5]为了能够应用计算机模拟某一物理过程,需要选择合适的物理模型,如Jin和Hai提出的描述超塑变形过程中金属流动行为和晶粒长大的模型.该模型认为流动应力可以表示为第k种变形机制体积分数fk、晶粒
7、尺寸D、有效应变εe和有效应变率ε"e的函数:2mmkkpkmm33p3⎛⎞⎛⎞εε""eeDD⎛⎞⎛⎞σεε(,ee",,Dfk)=+∑fAkk⎜⎟⎜⎟fA33(1exp(−−βεe))⎜⎟⎜⎟,(1)k=1⎝⎠⎝⎠εε""00DD′′⎝⎠⎝⎠00其中k=1,2,3分别为扩散蠕变、晶界滑移、位错蠕变3种变形机制;Ak,mk和pk为材料常数;D0′和ε"0是为了量纲考虑引入的单位晶粒尺寸和单位应变速率.基于J2流动理论,本构方程可以表示为2σeSij=e"ij,(2)3ε"e式中e"ij为偏应变率分
8、量,fk可以表示为***ff12f3fff123===***,***,***,(3)f123++fffff123++fff123++***其中f1,f2和f3可以表示为**⎛⎞⎛⎞εε""ee⎛⎞⎛⎞*⎛⎞⎛⎞ε"efl11=−0.50.5th⎜⎟⎜⎟ln⎜⎟,f2=sech⎜⎟⎜⎟l2ln⎜⎟,fl33=+0.50.5th⎜⎜ln⎜⎟⎟⎟,(4)⎝⎠⎝⎠εε""12⎝⎠⎝⎠⎝⎠⎝⎠ε"3式中l1,l2和l3为材料常数,ε"k为第k种变形机制相对应的特征应变速率,可以
