[發明專利]塑性瞬態蠕變條件下考慮拘束效應的蠕變孕育期預測方法

有效

• 申請號: 201710270920.9
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN108733860B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 徐連勇;鄔棟權;荊洪陽;韓永典;趙雷;呂小青
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G01N3/28
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎;李薇

1.塑性瞬態蠕變條件下考慮拘束效應的蠕變孕育期預測方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：建立模型：所述模型包括CT試樣本體，所述CT試樣本體的中部前端設有槽，槽的后部設有缺口，CT試樣本體上還設有上主載荷銷孔、下主載荷銷孔，上主載荷銷孔、下主載荷銷孔上下對應設置，分別設置在槽的上下兩端；

S2：缺口后部插入預制裂紋，槽、缺口、預制裂紋在同一平面上，利用銷子在上主載荷銷孔、下主載荷銷孔施加主載荷，進行高溫蠕變試驗；

S3：通過蠕變有限元模擬可以獲得計算含拘束效應CT試樣孕育期所需要的必要參數；計算孕育期主要包括以下步驟：

(1)首先計算瞬態蠕變條件下的拘束參量Q_RR，其計算公式為：

(Ⅰ)中：是利用有限元計算得出的裂紋前沿處的張開應力值，單位是MPa，σ₀是材料的屈服強度，單位是MPa，

(Ⅰ)中：σ₂₂是利用HRR應力場計算得出的裂紋前沿的張開應力值，單位是MPa，

(Ⅱ)中：r是裂紋后部尖端到裂紋前沿研究點的間距，單位是mm，θ是裂紋尖端角度，是蠕變應變變化率，單位為h^-1，與材料高溫蠕變屬性有關，n為無量綱的蠕變應力硬化指數，I_n是與n有關的無量綱函數，是與θ和n有關的無量綱函數；

(Ⅱ)中：C(t)積分是隨時間變化的高溫斷裂參量，單位為MPa·mm·(h)^-1，計算公式：

其中：t是時間，單位是h，C*是利用有限元計算得出的高溫斷裂參量，單位為MPa·mm·(h)^-1，E′是有效彈性模量：E'＝E/(1-ν²)，E是彈性模量，ν是泊松比；K是應力強度因子，單位為MPa·(m)^0.5，計算公式：

其中：P是主載荷，單位為N；B是試樣厚度，單位為mm；a/W是預制裂紋長度比率,a是預制裂紋長度，采用上主載荷銷孔圓心到預制裂紋后端的水平直線距離，單位為mm；W是名義試樣寬度，采用上主載荷銷孔圓心到CT試樣本體后端的水平直線距離，單位為mm；f(a/W)是CT試樣幾何系數，只與a/W有關；

(2)計算瞬態蠕變等效應力其計算公式為：

中：σ₁₁是利用RR應力場計算得出的裂紋前沿的應力值，單位是MPa，

其中：是與θ和n有關的無量綱函數；

計算塑性等效應力其計算公式為：

其中：σ_P0是標準化應力，單位為MPa，ε_P0是標準化應變，單位為1，α為應變硬化系數，N為應變硬化指數，J是利用有限元計算得出的斷裂參量，單位為MPa·m，I_N是與N有關的無量綱函數，是與裂紋尖端角度θ和應變硬化指數N有關的無量綱函數；

(3)利用MATALAB軟件計算轉換時間t_HRR-RR：在此時刻滿足：

塑性階段損傷累計值：利用MATALAB軟件解積分可得到t_HRR-RR；

(Ⅳ)中：MSF_HRR為塑性條件下多軸應力因子，根據Cocks and Ashby關系式計算：

sinh是雙曲正弦函數，h_HRR為塑性應力三軸度，在塑性應力狀態下：

其中：和是與θ和N有關的無量綱函數；

(4)然后利用MATALAB軟件計算瞬態蠕變應力場下孕育期時間t_i^HRR-RR，其計算公式為：

利用式(Ⅴ)解積分可得到t_i^HRR-RR

(Ⅴ)中：d(mm)是判定蠕變萌生發生時裂尖前蠕變損傷達到1所延伸的距離，即蠕變萌生發生的臨界距離；

(Ⅴ)中：MSF_RR為塑性條件下多軸應力因子，根據Cocks and Ashby關系式計算：

sinh是雙曲正弦函數，h_RR為瞬態蠕變應力三軸度，在塑性應力狀態下：

其中：和是與θ和n有關的無量綱函數。