تعيين پارامترهاي سطح تسليم وابسته به فشار براي كامپوزيت‌ هاي پليمري به روش بهينه‌ سازي بر پايه مدل كريجينگ

Deriving parameters of pressure-dependent yield surface for polymeric composites using kriging-based optimization method

در مقاله حاضر، جهت تعيين وابستگي سطح تسليم به فشار نانوكامپوزيت پلي پروپيلن/ خاك رس، از معيار تسليم دراگر- پراگر تعميم‌يافته استفاده شده است و ضرايب آن با استفاده از تركيبي از روش‌هاي تجربي، عددي و بهينه‌سازي محاسبه شده است. در اين روش، اختلاف نتايج روش‌هاي عددي و تجربي كه از آزمون خمش سه نقطه اي حاصل شده است، كمينه مي‌شود. براي كاهش بار محاسباتي شبيه‌سازي عددي، يك الگوي جايگزين بر پايه مدل كريجينگ به منظور پيش‌بيني تابع هزينه توليد مي‌شود. نقطه بهينه اين تابع با روش بيشينه كردن اميد رياضي استخراج مي‌شود. در ادامه با استفاده از آزمون‌هاي كشش و فشار صحت نتايج سنجيده مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهند كه اين روش مي‌تواند جايگزين آزمون‌هاي پيچيده مكانيكي براي تعيين ضرايب دراگر- پراگر تعميم‌يافته باشند، همچنين از اين روش مي‌توان خواص مكانيكي ترموپلاستيك‌ها مانند تنش تسليم كششي، فشاري و مدول الاستيك ماده را با انجام تنها آزمون خمش سه نقطه‌اي پيش‌بيني كرد. علاوه‌بر اين مشخص شد كه تغيير حجم در تغيير شكل‌هاي پلاستيك براي ترموپلاستيك‌‌ها قابل ملاحظه است و فرض جريان پتانسيل غير وابسته نسبت به جريان وابسته در معيار دراگر- پراگر تعميم‌يافته براي اين مواد مناسب‌تر است.

In the present paper, to determine the pressure-dependent yield surface of polypropylene/nanoclay nanocomposites, the extended Drucker-Prager yield criterion is used and its parameters are derived by a combined experimental/numerical/optimization approach. In this method, the difference between the experimental and numerical results obtained from three-point bending test is minimized. In order to alleviate the burdensome numerical simulation, a surrogate model based on Kriging method is used to estimate the cost function. The optimum of this function is obtained by maximizing expected improvement method. Afterwards, the results are verified by tension and compression tests. The results show that this method can substitute the complicated experimental tests which are normally employed to identify the extended Drucker-Prager parameters. Also, this method can be used to determine the mechanical properties of thermoplastic material such as tensile and compressive yield stresses and elastic modulus using only a three-point bending test. In addition, it is found that the volumetric change of thermoplastic during plastic deformation is significant and the non-associative, compared with the associative, plastic flow assumption is more proper for this material for the extended Drucker-Prager criterion