陶瓷脆性材料动态本构参数反求新法：遗传算法与哑铃形实验

本文主要探讨了一种针对陶瓷脆性材料的动态本构参数计算反求方法，作者是伍乾坤、韩旭和胡德安，他们来自湖南大学汽车车身先进设计与制造国家重点实验室及机械与运载工程学院。陶瓷因其高强度、高硬度、高声速和低密度的特性，在军事防护领域有着广泛应用。然而，由于其脆性特性以及在高应变率和高动压条件下的复杂行为，精确测量其动态本构参数是一项挑战。 传统的测定陶瓷材料动态性能的方法，如SHPB（分离式Hopkinson压力杆）和飞片平板撞击技术，虽然能够获取数据，但处理过程中存在应力波效应和应变率效应解耦的问题，使得直接从实验数据中反求本构参数变得困难。由于陶瓷材料的破坏阈值较低，SHPB测量时可能无法捕捉到完整的应力-应变曲线，导致参数确定的不准确性。 文章提出了一种创新方法，即通过哑铃形试件的加载和测试，有效地抑制动态应力波的集中，从而获得可靠的反射波和透射波响应。这种方法利用这些响应作为输入信息，结合遗传算法进行反求分析，避免了结构响应和材料响应的分离，能够快速而准确地获取动态本构参数。相比于传统的曲线拟合方法，这种方法更为直接且高效，特别适合于陶瓷这种难以直接确定某些参数的材料。 遗传算法在这里发挥了关键作用，它是一种全局优化搜索算法，能够寻找最优解，用于拟合由反射波和透射波数据构建的应力-应变曲线。这种方法的优势在于能够在复杂的动态条件下找到最佳的本构参数组合，使得计算模拟更加精确。 本文提供了一种有效的方法来解决陶瓷脆性材料动态本构参数的反求问题，这对于提高陶瓷材料在军事应用中的安全性和性能预测具有重要意义。通过这种方法，研究人员可以更好地理解陶瓷材料在极端环境下的行为，从而推动相关材料科学和工程领域的进步。