Page 38 - 《含能之美》2019封面论文
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            文章编号：1006‑9941（2019）05‑0410‑07


            基于 SVM 算法的 TATB 基 PBX 单轴准静态应力应变关系

                   1，2      2       1        1       2       2       2
            段晓畅 ，孙 杰 ，刘迎彬 ，常双君 ，赵 龙 ，袁洪魏 ，唐 维
            （1. 中北大学 环境与安全工程学院，山西 太原 030051；2. 中国工程物理研究院 化工材料研究所，四川 绵阳 621999）


            摘   要： 以 1，3，5‑三氨基‑2，4，6‑三硝基苯（TATB）基高聚物粘结炸药（PBX）材料为研究对象，在-40~75 ℃下开展了准静态的单
            轴拉伸、压缩试验，获得了预设 17 个温度点下的应力应变关系数据；以温度、应变为自变量，应力为因变量，基于支持向量机（SVM）
            算法对拉伸压缩条件下的应力应变关系进行了描述，并对构建的关系式进行了误差分析。结果表明，在-40~75 ℃内，材料的拉伸
            强度和压缩强度均随温度的升高而劣化，应力应变曲线的非线性和拉压非对称性特征变化明显；同时，采用一组参数基于 SVM 算法
            实现了不同温度下 TATB 基 PBX 拉伸压缩应力应变关系的描述，解决了模型参数常随温度变化的问题，构建的关系式平均绝对百分
            比误差不超过 7.77%，相关系数均大于 0.998，表现出了良好的适用性。
            关键词：高聚物粘结炸药（PBX）；支持向量机（SVM）；应力应变关系
            中图分类号：TJ55                        文献标志码：A                                    DOI：10.11943/CJEM2018205








                                                                 一套参数同时对拉伸和压缩状态下的应力应变关系进
            1
                引 言
                                                                 行 描 述 。 为 解 决 上 述 问 题 ，有 学 者 提 出 采 用
                                                                               ［10］
                                                                 Boltzmann 函 数    来 建 立 炸 药 材 料 的 高 精 度 本 构 模
                本构模型作为不同应力状态、不同加卸载路径和
                                                                  ［11］
                                                                 型   ，但所适用的温度范围有限。目前 PBX 本构模型
                                       ［1］
            不同温度环境下材料本构行为 的普适性描述，一直以
                                                                                                          ［12］
                                                                 的总体研究现状正如 Devin Shunk 在国防报告                 的描
            来都是材料力学行为研究领域中的热点；应力应变关
                                                                 述，’虽然开展了大量的探索性工作，但仍很缺乏‚。
            系的描述作为本构模型建立的重要基础工作，向来备
                                                                     宽温域下应力应变关系的描述，常采用在一定假设
                  ［2-4］
            受关注      。高聚物粘结炸药（PBX）本构模型的研究最
                                                                 前提下得到的理论推导表达式，进而通过拟合确定参
                                   ［5-6］
            早可追溯到上世纪 80 年代             ，并随着代表性模型的建
                                                                 数，存在描述精度不佳或参数确定困难的问题在所难
                                                ［7］
            立取得了长足进展。其中，Visco‑SCRAM 模型考虑了
                                                                 免。机器学习算法对数据规律的挖掘不受主观预设模
            微裂纹的张开、闭合、剪切以及材料粘性的影响，较好
                                                                 型的影响，’智能‚且便利，为宽温域下拉伸压缩应力应
            地反映了单轴应力下的力学行为；但因考虑因素过多，
                                                                                         ［13］
                                                                 变关系的描述带来了新思路               。支持向量机（SVM）算
            参数确定十分困难，导致实际应用效果并不理想。对                                                                      ［14］
                                                                 法不仅收敛性优于人工神经网络（ANN）算法                      ，而且
                                    ［8］              ［9］
            于唯像的 Ramberg‑Osgood 与 Johnson‑Cook 模型，                                 ［15］
                                                                 具有完整的数学解释            ，便于模型的二次开发运用，现
            两者参数更为精简，可对单轴准静态拉伸或压缩载荷                                                      ［16］            ［17］
                                                                 广泛应用于材料失效面建模               ，结构损伤检测         ，地面
            下 PBX 的应力应变关系进行描述，Johnson‑Cook 模型                           ［18］                       ［19］
                                                                 沉降分析      以及混合炸药爆轰性能预测               等领域。
            同时考虑了应变率和温度的影响；但二者均无法使用
                                                                     本研究针对传统应力应变关系中参数确定困难，
                                                                 以及参数的温度相关性（参数随温度变化而改变）问
            收稿日期：2018⁃07⁃26；修回日期：2018‑11⁃23
            网络出版日期：2019‑02‑28                                    题，以 1，3，5‑三氨基‑2，4，6‑三硝基苯（TATB）基 PBX
            基金项目：国家自然科学基金资助（11572292）                            为研究对象，在获取宽温域（-40~75 ℃）准静态单轴
            作 者 简 介 ：段 晓 畅（1994-），男 ，硕 士 研 究 生 ，主 要 从 事 智 能 算 法 在
                                                                 拉伸、压缩实验数据的基础上，以期通过构建训练集、
            PBX 炸药力学中的应用研究。e‑mail：yzduanxc@126.com
                                                                 关系式参数寻优以及误差分析等步骤，采用 SVM 算法
            通 信 联 系 人 ：唐 维（1981-），男 ，副 研 究 员 ，主 要 从 事 PBX 炸 药 的 力
            学行为研究。e‑mail：tangwei@caep.cn                         描述拉伸压缩应力应变关系，并进行误差分析。
            引 用 本 文 ：段 晓 畅 ,孙 杰 ,刘 迎 彬 ,等 . 基 于 SVM 算 法 的 TATB 基 PBX 单 轴 准 静 态 应 力 应 变 关 系 [J]. 含 能 材 料 ,2019,27(5):410-416.
            DUAN Xiao‑chang, SUN jie, LIU Ying‑bin,et al. Uniaxial Quasi‑static Stress‑strain Relationship of TATB‑based PBX Based on SVM Algorithm[J]. Chinese Journal
            of Energetic Materials （Hanneng Cailiao）,2019,27(5):410-416.
                                                                                           www.energetic-materials.org.cn
            Chinese Journal of Energetic Materials，Vol.27, No.5, 2019（410-416）  含能材料
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