损伤与断裂耦合的蠕变疲劳裂纹扩展计算方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114936493A(43)申请公布日2022.08.23(21)申请号202210553816.1G06F111/10(2020.01)(22)申请日2022.05.19G06F119/14(2020.01)G06F119/04(2020.01)(71)申请人华东理工大学地址200237上海市徐汇区梅陇路130号申请人中国联合重型燃气轮机技术有限公司苏州热工研究院有限公司(72)发明人张显程卢荣生杨杰谈建平涂善东赵宇辰张丁午张国栋夏咸喜唐敏锦(74)专利代理机构北京方圆嘉禾知识产权代理有限公司11385专利代理师王月松(51)Int.Cl.G06F30/23(2020.01)权利要求书3页说明书8页附图4页(54)发明名称损伤与断裂耦合的蠕变疲劳裂纹扩展计算方法及系统(57)摘要本发明涉及一种损伤与断裂耦合的蠕变疲劳裂纹扩展计算方法及系统，涉及蠕变‑疲劳数值模拟技术领域，方法包括：建立有限元模型，并输入材料的本构参数；对有限元模型进行计算，确定蠕变‑疲劳载荷下的循环应力、应变状态；计算每周次循环产生的疲劳损伤和蠕变损伤计算前i个周次两种损伤积累判断损伤累积值是否小于预设阈值；若小于，则返回第二个步骤，继续进行有限元计算和蠕变‑疲劳损伤累积，直到所有网格中其中一个网格的蠕变‑疲劳损伤累积值≥预设阈值，判定该网格无法继续承载蠕变‑疲劳载荷。本发明中的上述方法能模拟宏观蠕变‑疲劳裂纹扩展，获得与宏观蠕变‑疲劳裂纹扩展相关的循环周次、蠕变‑疲劳裂纹扩展速率等关键指标。CN114936493ACN114936493A权利要求书1/3页1.一种损伤与断裂耦合的蠕变疲劳裂纹扩展计算方法，其特征在于，所述计算方法包括：建立有限元模型，并输入材料的本构参数；对所述有限元模型进行计算，确定蠕变‑疲劳载荷下的循环应力、应变状态；基于所述循环应力和应变状态计算每周次循环产生的疲劳损伤和蠕变损伤计算前i个周次的疲劳损伤和蠕变损伤积累判断所有网格的蠕变‑疲劳损伤累积值是否小于预设阈值；若小于，则返回“对所述有限元模型进行计算，确定蠕变‑疲劳载荷下的循环应力、应变状态”继续进行有限元计算和蠕变‑疲劳损伤累积，直到所有网格中其中一个网格的蠕变‑疲劳损伤累积值大于或等于预设阈值，判定该网格无法继续承载蠕变‑疲劳载荷，该网格失效，裂纹扩展了一个网格。2.根据权利要求1所述的损伤与断裂耦合的蠕变疲劳裂纹扩展计算方法，其特征在于，所述疲劳损伤的计算公式为：其中，τmax和σn,max分别是最大剪切应力和最大正应力，Δγ/2和Δε/2分别是剪切应变幅和正应变幅，τ'f和γ'f分别是剪切疲劳强度和延性常数，σ'f是疲劳强度常数，G是剪切模量，b0和c0分别是关于疲劳强度和延展性的两个指数。3.根据权利要求1所述的损伤与断裂耦合的蠕变疲劳裂纹扩展计算方法，其特征在于，所述蠕变损伤的计算公式为：其中，第j个循环的蠕变应变能密度率，wc,crit为无蠕变区的临界应变能密度，λc和nc为两个材料参数，和分别为峰值应力大小和平均应力大小，为第j循环的塑性(j)应变范围，σ表示第j循环中保载时间的应力松弛函数，Ac和Bc为两个依赖于应力松弛曲线的材料参数，E(j)为第j个循环中的杨氏模量。4.根据权利要求1所述的损伤与断裂耦合的蠕变疲劳裂纹扩展计算方法，其特征在于，所述预设阈值为0.99。5.根据权利要求1所述的损伤与断裂耦合的蠕变疲劳裂纹扩展计算方法，其特征在于，所述建立有限元模型，并输入材料的本构参数具体包括以下步骤：获取构件的真实几何形貌；根据所述构件的真实几何形貌，建立相应的有限元模型；添加载荷与边界条件，并将材料对应的本构参数输入模型。2CN114936493A权利要求书2/3页6.一种损伤与断裂耦合的蠕变疲劳裂纹扩展计算系统，其特征在于，所述计算系统包括：有限元模块建立模块，用于建立有限元模型，并输入材料的本构参数；计算模块，用于对所述有限元模型进行计算，确定蠕变‑疲劳载荷下的循环应力、应变状态；疲劳损伤和蠕变损伤计算模块，用于基于所述循环应力和应变状态计算每周次循环产生的疲劳损伤和蠕变损伤损伤累计计算模块，用于计算前i个周次的疲劳损伤和蠕变损伤积累判断模块，用于判断所有网格的蠕变‑疲劳损伤累积值是否小于预设阈值；循环模块，用于当所有网格的蠕变‑疲劳损伤累积值小于预设阈值时，返回所述“计算模块”继续进行有限元计算和蠕变‑疲劳损伤累积，直到所有网格中其中一个网格的蠕变‑疲劳损伤累积值大于或等于预设阈值，判定该网格无法继续承载蠕变‑疲劳载荷，该网格失效，裂纹扩展了一个网格。7.根据权利要求6所述的损伤与断裂耦合的蠕变疲劳裂纹扩展计算系统，其特征在于，所述疲劳损伤的计算公式为：其中，τmax和σn,max分别是