„Two-layer viscoplastic” anyagmodell paraméterillesztése saját fejlesztésű algoritmus és szoftver segítségével
A különféle mechanikai számítások során az anyagok mechanikai viselkedését paraméteres egyenletekkel – anyagmodellekkel – írhatjuk le. Ezen számítások (pl. VEM szimulációk) pontosságához a megfelelő modell kiválasztásán túl elengedhetetlen az anyagparaméterek pontos ismerete, ezért ez a paraméter identifikáció gyakori probléma a mérnöki gyakorlatban.
Az anyagparaméterek meghatározása egy optimalizálási problémaként írható le, melynek során a mért adatok és az anyagmodell által előrejelzett viselkedés közötti eltérését minimalizáljuk a modellparaméterek megfelelő megválasztásával. Összetett viselkedésű anyagok (pl. hőre lágyuló polimerek) esetén ez egy sokdimenziós problémát jelent, ami már manuálisan vagy a legegyszerűbb algoritmusokkal sem kezelhető könnyedén.
A dolgozatomban az ABAQUS [1] kereskedelmi végeselemes szoftverben elérhető „Two-layer viscoplastic” modell paramétereinek meghatározásával foglalkozom. Ez az anyagmodell két fő részből áll: az egyik rész írja le a rugalmas-képlékeny viselkedést, míg a vele párhuzamosan kapcsolt másik rész felelős a viszkoelasztikus viselkedés modellezéséért. A modell anyagparamétereinek száma attól függ, hogy milyen nemlineáris tagokat használunk a felépítés során. Az általam vizsgált nemlineáris modell esetén összesen 7 paraméter adódik, melyek értékére különböző megkötések adottak. A „Two-layer viscoplastic” modell segítségével hatékonyan tudjuk modellezni akár a hőre lágyuló polimerek anyagi viselkedését, de természetesen fémekhez is egyaránt használható.
A fenti modell anyagparamétereinek meghatározásához saját algoritmust és szoftvert írtam Python programozási környezetben. A program célja, hogy képes legyen a feladatot nagyságrendileg gyorsabban elvégezni, mintha egy külső optimalizáló szoftver használnánk, ahogyan azt többen is a szakirodalomban javasolják. A szoftver rendelkezik grafikus felülettel, ami miatt a kezelés könnyedén megtanulható és használatához nem kellenek programozási ismeretek. A felületen kiválasztható az optimalizálási módszer és állíthatóak a legfontosabb beállítások is. Az általam írt program eredményeit összehasonlítom egy szokásos paraméterillesztési technika eredményeivel, különös tekintettel a szükséges futásidőre. Ehhez az összehasonlításhoz korábban elvégzett anyagmérésekből származó adatokat használok fel. Kimutatom az általam írt algoritmus és szoftver hatékonyságát.
Bár a dolgozatom főként a „Two-layer viscoplastic” modellel foglalkozik, az elkészített szoftverhez – a moduláris felépítés miatt – hozzáadhatók más anyagmodellek is, így a paraméter identifikáció azokon is elvégezhető.
[1] Dassault Systemes: ABAQUS. https://www.3ds.com/products-services/simulia/products/abaqus/
szerző
-
Horváth András Levente
Gépészeti modellezés mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Kossa Attila
Egyetemi docens, Műszaki Mechanikai Tanszék
