基于晶体塑性的疲劳裂纹萌生与扩展的损伤寿命评估方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111721787A(43)申请公布日2020.09.29(21)申请号202010586845.9(22)申请日2020.06.24(71)申请人四川大学地址610064四川省成都市武侯区一环路南一段24号申请人东方电气集团东方锅炉股份有限公司(72)发明人张宏张玮王林森王清远刘永杰李浪何超王宠(74)专利代理机构成都正华专利代理事务所(普通合伙)51229代理人陈选中(51)Int.Cl.G01N23/046(2018.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称基于晶体塑性的疲劳裂纹萌生与扩展的损伤寿命评估方法(57)摘要本发明公开了一种基于晶体塑性的疲劳裂纹萌生与扩展的损伤寿命评估方法，包括以下步骤：S1、根据CT金属试件，构建微观结构信息的介观尺度网格计算模型；S2、根据介观尺度网格计算模型，计算剪切应变率增量，构建介观尺度材料本构模型；S3、基于介观尺度材料本构模型，构建裂纹扩展驱动力模型；S4、基于裂纹扩展驱动力模型，构建以能量为基准的疲劳损伤模型，进行损伤寿命评估；本发明解决了无法定量直观计算疲劳裂纹萌生与扩展行为的问题。CN111721787ACN111721787A权利要求书1/2页1.一种基于晶体塑性的疲劳裂纹萌生与扩展的损伤寿命评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据CT金属试件，构建微观结构信息的介观尺度网格计算模型；S2、根据介观尺度网格计算模型，计算剪切应变率增量，构建介观尺度材料本构模型；S3、基于介观尺度材料本构模型，构建裂纹扩展驱动力模型；S4、基于裂纹扩展驱动力模型，构建以能量为基准的疲劳损伤模型，进行损伤寿命评估。2.根据权利要求1所述的基于晶体塑性的疲劳裂纹萌生与扩展的损伤寿命评估方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：S11、确定CT金属试件的宏观尺度应力/应变热点区域，得到该区域的材料微观结构信息EBSD图像；S12、对该区域的材料微观结构信息EBSD图像进行离散化处理，得到局部区域晶界坐标信息及其微观结构分布坐标信息；S13、根据局部区域晶界坐标信息及其微观结构分布坐标信息，绘制二维介观晶体模型；S14、将二维介观晶体模型输入有限元网格划分软件进行网格划分；S15、将划分后的二维介观晶体模型导入有限元计算软件中，并设置材料属性、载荷信息和在边界施加周期性载荷边界，构建介观尺度网格计算模型。3.根据权利要求2所述的基于晶体塑性的疲劳裂纹萌生与扩展的损伤寿命评估方法，其特征在于，所述步骤S13中绘制二维介观晶体模型的方程为：f＝axn+bym+czk(1)其中，f为二维介观晶体模型的边，(x,y,z)为局部区域晶界坐标信息，n为x坐标的拟合次数，m为y坐标的拟合次数，k为z坐标的拟合次数，a为x方向的位置系数，b为y方向的位置系数，c为z方向的位置系数。4.根据权利要求2所述的基于晶体塑性的疲劳裂纹萌生与扩展的损伤寿命评估方法，其特征在于，所述步骤S14中的划分规则为：根据二维介观晶体模型上裂纹萌生区域和扩展区域的相对尺寸，将裂纹萌生区域的区域网格细化，将扩展区域采用大网格进行划分。5.根据权利要求1所述的基于晶体塑性的疲劳裂纹萌生与扩展的损伤寿命评估方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：S21、根据CT金属试件的类型，确定滑移系数量n；S22、根据CT金属试件的弹性模量与泊松比，构建弹性矩阵计算旋转增量、膨胀应变增量和施密特因子张量；S23、根据CT金属试件的晶粒、晶界属性、弹性矩阵计算旋转增量、膨胀应变增量和施密特因子张量，构建数量等于滑移系数量n的线性方程；S24、将n个线性方程代入介观尺度网格计算模型，采用迭代算法求解n个线性方程，得到剪切应变率增量；S25、根据剪切应变率增量和滑移系数量n，构建介观尺度材料本构模型。6.根据权利要求5所述的基于晶体塑性的疲劳裂纹萌生与扩展的损伤寿命评估方法，其特征在于，所述步骤S24中得到剪切应变率增量包括以下步骤：2CN111721787A权利要求书2/2页S241、将n个线性方程代入介观尺度网格计算模型，通过公式(2)计算迭代过程误差ε；其中，为第k次迭代第i个剪切应变增量，为第k+1次迭代第i个剪切应变增量，i为剪切应变增量个数；S242、判断迭代过程误差ε是否小于误差阈值，若是，则满足收敛条件，得到剪切应变增量，并进入步骤S25，若否，则跳转至步骤S243；S243、按公式(3)进行k＝0，i＝1时的剪切应变增量初值的计算；其中，aij为第i个剪切应变增量的第j个方程系数，bi为第i个剪切应变增量的方程变量值，λ为线性方程求解收敛性控制参数，j为叠加变量。S244、判断线性方程求解收敛性控制参数λ是否等于0，若否，则按原n个线性方