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金属增材制造晶体塑性有限胞元自洽聚类分析方法
1
作者
于飞
廉艳平
+1 位作者
李明健
高汝鑫
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第7期1916-1930,共15页
金属增材制造是一种先进的数字化制造技术,在高性能及复杂构件快速制备方面具有独特的优势.然而,其成形材料微观组织复杂且存在不可避免的制造缺陷,导致实际制造材料性能与设计性能存在偏差,亟需发展考虑真实材料微观组织和缺陷的力学...
金属增材制造是一种先进的数字化制造技术,在高性能及复杂构件快速制备方面具有独特的优势.然而,其成形材料微观组织复杂且存在不可避免的制造缺陷,导致实际制造材料性能与设计性能存在偏差,亟需发展考虑真实材料微观组织和缺陷的力学性能高效预测方法.针对该问题,发展了晶体塑性有限胞元-自洽聚类分析方法,包括离线数据准备和在线快速计算两个阶段.其中,在离线阶段,采用晶体塑性有限胞元法和聚类算法建立实际微观组织代表体元离散数据;在线阶段,采用基于加权余量-子域法的自洽聚类分析和考虑Hall-Petch效应的晶体塑性模型求解了代表体元问题的Lippmann-Schwinger方程,进而通过应力应变均匀化获得材料的宏观等效力学性能.通过理想及含不规则孔隙的多晶算例验证了所提出方法的计算精度及高效性;进一步,采用该方法研究了激光选区熔融增材制造IN625合金力学性能,并揭示了工艺参数对其力学性能的影响.结果表明,文章工作为金属增材制造成形材料力学性能预测提供了一种高效的计算方法.
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关键词
数据驱动方法
自
洽
聚类分析
晶体塑性
有限胞元
增材制造
下载PDF
职称材料
碳纤维复合材料车门防撞梁多尺度高效变形模拟及实验验证
2
作者
郭聪
江晟达
+2 位作者
何霁
李淑慧
林忠钦
《塑性工程学报》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第1期133-141,共9页
以碳纤维复合材料车门防撞梁为例,开发了一种面向工程零部件的多尺度高效变形模拟技术,建立了自洽聚类分析方法及多尺度渐进损伤本构模型,通过多尺度单元与唯象单元混合建模,有效降低了模型的求解成本,通过将有限的计算资源分配在恰当...
以碳纤维复合材料车门防撞梁为例,开发了一种面向工程零部件的多尺度高效变形模拟技术,建立了自洽聚类分析方法及多尺度渐进损伤本构模型,通过多尺度单元与唯象单元混合建模,有效降低了模型的求解成本,通过将有限的计算资源分配在恰当的位置,结果表明计算资源的利用效率得到显著提升,实现了工程零部件损伤行为的高效预测,实际计算时间缩短至原来的1/4。对三点弯状态下复合材料防撞梁的宏微观渐进损伤过程进行了分析。基于真空袋成形工艺进行了防撞梁样件试制以及三点弯破坏实验,验证了仿真结果的准确性。
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关键词
防撞梁
多尺度并发模拟
自
洽
聚类分析
渐进损伤建模
三点弯曲实验
下载PDF
职称材料
基于自洽聚类分析的2D C/SiC压缩性能快速预报
3
作者
戴新航
许承海
+1 位作者
王琨杰
高博
《复合材料学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第8期4386-4397,共12页
本文利用自洽聚类分析(Self-consistent clustering analysis,SCA)方法研究了2D C/SiC在单轴压缩载荷下的渐进损伤行为,SCA方法通过应变集中张量对网格单元进行聚类,在不显著降低计算精度的前提下,大幅度降低了模型的自由度,使模型的计...
本文利用自洽聚类分析(Self-consistent clustering analysis,SCA)方法研究了2D C/SiC在单轴压缩载荷下的渐进损伤行为,SCA方法通过应变集中张量对网格单元进行聚类,在不显著降低计算精度的前提下,大幅度降低了模型的自由度,使模型的计算效率得以提高。整个方法由离线和在线两个阶段组成:离线阶段,利用k-means算法对高保真度的复合材料单胞进行分解、聚类并计算不同聚类间的相互作用张量,最终生成降阶模型;在线阶段,基于降阶模型求解离散的Lippmann-Schwinger方程组获取力学响应。将SCA方法应用于2D C/SiC压缩强度的预报,当聚类总数量为64时,与试验相比,压缩强度求解的计算精度与传统有限元相比降低了1%,但整体计算效率提升了34倍。当不考虑离线阶段花费的聚类时间,即事先已知材料的细观构型对其力学行为进行求解时,其一次在线计算的时间仅为6 s,计算效率比传统有限元提升了104倍,在结构性能快速设计、结构状态快速预报等领域,有着广阔的应用前景。
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关键词
2D
C/SiC
自
洽
聚类分析
渐进损伤
压缩强度
细观模型
原文传递
题名
金属增材制造晶体塑性有限胞元自洽聚类分析方法
1
作者
于飞
廉艳平
李明健
高汝鑫
机构
北京理工大学先进结构技术研究院
北京理工大学轻量化多功能复合材料与结构北京市重点实验室
出处
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第7期1916-1930,共15页
基金
国家自然科学基金(11972086)
中央高校基本科研业务费专项资金资助项目。
文摘
金属增材制造是一种先进的数字化制造技术,在高性能及复杂构件快速制备方面具有独特的优势.然而,其成形材料微观组织复杂且存在不可避免的制造缺陷,导致实际制造材料性能与设计性能存在偏差,亟需发展考虑真实材料微观组织和缺陷的力学性能高效预测方法.针对该问题,发展了晶体塑性有限胞元-自洽聚类分析方法,包括离线数据准备和在线快速计算两个阶段.其中,在离线阶段,采用晶体塑性有限胞元法和聚类算法建立实际微观组织代表体元离散数据;在线阶段,采用基于加权余量-子域法的自洽聚类分析和考虑Hall-Petch效应的晶体塑性模型求解了代表体元问题的Lippmann-Schwinger方程,进而通过应力应变均匀化获得材料的宏观等效力学性能.通过理想及含不规则孔隙的多晶算例验证了所提出方法的计算精度及高效性;进一步,采用该方法研究了激光选区熔融增材制造IN625合金力学性能,并揭示了工艺参数对其力学性能的影响.结果表明,文章工作为金属增材制造成形材料力学性能预测提供了一种高效的计算方法.
关键词
数据驱动方法
自
洽
聚类分析
晶体塑性
有限胞元
增材制造
Keywords
data-driven method
self-consistent clustering analysis
crystal plasticity
finite cell method
additive manufacturing
分类号
O63 [理学—高分子化学]
下载PDF
职称材料
题名
碳纤维复合材料车门防撞梁多尺度高效变形模拟及实验验证
2
作者
郭聪
江晟达
何霁
李淑慧
林忠钦
机构
上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室
上海交通大学上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室
出处
《塑性工程学报》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第1期133-141,共9页
基金
国家自然科学基金重大资助项目(51790170)
国家自然科学基金面上资助项目(51975364)
上海市自然科学基金面上资助项目(19ZR1425800)。
文摘
以碳纤维复合材料车门防撞梁为例,开发了一种面向工程零部件的多尺度高效变形模拟技术,建立了自洽聚类分析方法及多尺度渐进损伤本构模型,通过多尺度单元与唯象单元混合建模,有效降低了模型的求解成本,通过将有限的计算资源分配在恰当的位置,结果表明计算资源的利用效率得到显著提升,实现了工程零部件损伤行为的高效预测,实际计算时间缩短至原来的1/4。对三点弯状态下复合材料防撞梁的宏微观渐进损伤过程进行了分析。基于真空袋成形工艺进行了防撞梁样件试制以及三点弯破坏实验,验证了仿真结果的准确性。
关键词
防撞梁
多尺度并发模拟
自
洽
聚类分析
渐进损伤建模
三点弯曲实验
Keywords
anti-collision beam
multi-scale concurrent simulation
self-consistent cluster analysis
progressive damage model
three-point bending experiment
分类号
O346.5 [理学—固体力学]
下载PDF
职称材料
题名
基于自洽聚类分析的2D C/SiC压缩性能快速预报
3
作者
戴新航
许承海
王琨杰
高博
机构
哈尔滨工业大学特种环境复合材料技术国家级重点实验室
出处
《复合材料学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第8期4386-4397,共12页
文摘
本文利用自洽聚类分析(Self-consistent clustering analysis,SCA)方法研究了2D C/SiC在单轴压缩载荷下的渐进损伤行为,SCA方法通过应变集中张量对网格单元进行聚类,在不显著降低计算精度的前提下,大幅度降低了模型的自由度,使模型的计算效率得以提高。整个方法由离线和在线两个阶段组成:离线阶段,利用k-means算法对高保真度的复合材料单胞进行分解、聚类并计算不同聚类间的相互作用张量,最终生成降阶模型;在线阶段,基于降阶模型求解离散的Lippmann-Schwinger方程组获取力学响应。将SCA方法应用于2D C/SiC压缩强度的预报,当聚类总数量为64时,与试验相比,压缩强度求解的计算精度与传统有限元相比降低了1%,但整体计算效率提升了34倍。当不考虑离线阶段花费的聚类时间,即事先已知材料的细观构型对其力学行为进行求解时,其一次在线计算的时间仅为6 s,计算效率比传统有限元提升了104倍,在结构性能快速设计、结构状态快速预报等领域,有着广阔的应用前景。
关键词
2D
C/SiC
自
洽
聚类分析
渐进损伤
压缩强度
细观模型
Keywords
2D C/SiC
self-consistent clustering analysis
progressive damage
compressive strength
mesoscopic model
分类号
TB332 [一般工业技术—材料科学与工程]
原文传递
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
金属增材制造晶体塑性有限胞元自洽聚类分析方法
于飞
廉艳平
李明健
高汝鑫
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
下载PDF
职称材料
2
碳纤维复合材料车门防撞梁多尺度高效变形模拟及实验验证
郭聪
江晟达
何霁
李淑慧
林忠钦
《塑性工程学报》
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
下载PDF
职称材料
3
基于自洽聚类分析的2D C/SiC压缩性能快速预报
戴新航
许承海
王琨杰
高博
《复合材料学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
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