(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 202211189866.2 (22)申请日 2022.09.28 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 易敏　汤卫　 (74)专利代理 机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 专利代理师 张弛 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种考虑激光冲击强化的金属弹塑性本构 行为的预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑激光冲击强化的金 属弹塑性本构行为的预测方法， 针对激光冲击强 化后的金属材料， 获取残余应力场、 晶粒尺寸分 布场， 结合弹塑性理论， 考虑到热和非热部分流 动应力， 建立了考虑激光冲击强化效应的金属弹 塑性本构 模型。 同时将激光冲击强化引起的残余 应力场和微结构变化引入有限元模 型中， 通过有 限元模型仿真计算得到修正后金属弹塑性本构 模型的材料参数， 从而综合考虑激光冲击强化对 金属材料产生的各种影 响因素， 计算不同残余应 力场及晶粒尺 寸分布场下的拉伸屈服曲线， 使 得 对激光冲击强化后金属材料的力学行为预测精 准度更高。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 115544831 A 2022.12.30 CN 115544831 A 1.一种考虑激光冲击强化的金属弹塑性本构行为的预测方法， 其特征在于， 包含以下 步骤： 步骤1： 对金属材料进行激光冲击强化试验， 针对激光冲击强化后的材料， 获取材料沿 激光冲击方向的残余应力场、 晶粒尺寸分布场； 步骤2： 拟合得到残余应力场中的残余应力沿激光冲击方向的目标函数， 以及晶粒尺寸 分布场中的 晶粒尺寸沿激光冲击方向的目标函数； 步骤3： 基于所述残余应力场和激光冲击强化引起的微结构变化修正材料的流动应力， 建立修正后的金属弹 塑性本构模型； 步骤4： 根据未经过激光冲击强化金属的晶粒尺寸和拉伸实验曲线， 通过有限元模型仿 真计算， 计算未经过激光冲击强化的材料拉伸屈 服行为， 拟合未经过激光冲击强化的应力 应变实验数据， 得到最优材料参数， 该最优材料参数作为修正后的金属弹塑性本构模型中 的材料参数； 步骤5： 利用步骤2的残余应力和晶粒尺寸以及步骤4得到的修正后金属弹塑性本构模 型中的材料参数， 同时基于步骤3建立的金属弹塑性本构模型， 计算经过激光冲击强化后， 不同残余应力场和晶粒尺寸分布场的拉伸屈服曲线， 模拟激光冲击强化后材料拉伸屈服行 为。 2.根据权利要求1所述的考虑激光冲击强化的金属弹塑性本构行为的预测方法， 其特 征在于， 步骤2中， 利用最小二乘法进行非线性拟合， 拟合函数形式为y＝a+btanh(cx+d)， 其 中， a、 b、 c、 d均为常数， x为激光冲击强化深度， y为残余应力或晶粒尺寸的目标函数。 3.根据权利要求1所述的考虑激光冲击强化的金属弹塑性本构行为的预测方法， 其特 征在于， 步骤3中， 建立修正后的金属弹塑性本构模型， 其中流动应力分为热部分及非热部 分： σv＝σa+σt 其中σy是流动应力， σa代表着非热部分， 表征长程势垒和位错之间速率无关的相互作 用， σt代表热部分， 即表征短程势垒 率相关的相互作用， 总表达式为： 其中σ0是参考摩擦阻力， d是晶粒尺寸， ρ 是位错密度， kh、 kρ、 β均为材料常数； 带有修正 项的热部分表示 为： σt的增量与塑性应变表示为上述经验公式， θ0是硬化常数， α表示应变硬化率随应力的 线性变化， 右 式括号第一项为增加的修正项， εP是等效塑性应变， εp0是参考等效塑性应变， 其中X表示 为： 其中σt0为零应变硬化率下的应力。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115544831 A 24.根据权利要求1所述的考虑激光冲击强化的金属弹塑性本构行为的预测方法， 其特 征在于， 步骤4中， 不考虑激光冲击强化效应， 无残余应力， 晶粒尺寸为常数， 计算材料单轴 拉伸力学行为， 并拟合 未经激光冲击强化后材料的拉伸应力应变数据， 确定材料参数σ0、 kh、 kρ、 β 。 5.根据权利要求1所述的考虑激光冲击强化的金属弹塑性本构行为的预测方法， 其特 征在于， 步骤5中， 将修正后金属弹塑性本构模 型中的材料参数、 残 余应力目标函数、 晶体尺 寸目标函数共同导入输入文件， 计算经激光冲击强化后材料 的单轴拉伸力学行为， 在对激 光冲击强化后的材料加载时， 残余应力视为初始应力， 初始应力σinitial＝Eσeigen， σeigen是本 征应变， E为弹性模量。 6.一种计算机设备， 包括存储器、 处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计 算机程序， 其特征在于， 所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至权利要求5所 述方法的步骤。 7.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 所述计算机程序被 处理器执行时实现权利要求1至 权利要求5所述的方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115544831 A 3