[發(fā)明專(zhuān)利]彈性瞬態(tài)蠕變條件下考慮拘束效應(yīng)的蠕變?cè)杏陬A(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710271740.2
• 申請(qǐng)日: 2017-04-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108732033B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐連勇;鄔棟?rùn)?quán);荊洪陽(yáng);韓永典;趙雷;呂小青
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N3/18
• 分類(lèi)號(hào): G01N3/18;G01N1/28
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎;李薇

1.彈性瞬態(tài)蠕變條件下考慮拘束效應(yīng)的蠕變?cè)杏陬A(yù)測(cè)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(shè)有槽，槽的后部設(shè)有缺口，CT試樣本體上還設(shè)有上主載荷銷(xiāo)孔、下主載荷銷(xiāo)孔，上主載荷銷(xiāo)孔、下主載荷銷(xiāo)孔上下對(duì)應(yīng)設(shè)置，分別設(shè)置在槽的上下兩端；

S2：缺口后部插入預(yù)制裂紋，槽、缺口、預(yù)制裂紋在同一平面上，利用銷(xiāo)子在上主載荷銷(xiāo)孔、下主載荷銷(xiāo)孔施加主載荷，進(jìn)行高溫蠕變?cè)囼?yàn)；

S3：通過(guò)蠕變有限元模擬可以獲得計(jì)算含拘束效應(yīng)CT試樣孕育期所需要的必要參數(shù)，在塑性條件下，計(jì)算孕育期主要包括以下步驟：

(1)首先計(jì)算瞬態(tài)蠕變條件下的拘束參量Q_RR，其計(jì)算公式為：

(I)中：是利用有限元計(jì)算得出的裂紋前沿處的張開(kāi)應(yīng)力值，單位是MPa，σ₀是材料的屈服強(qiáng)度，單位是MPa；

(I)中：σ₂₂是利用HRR應(yīng)力場(chǎng)(塑性裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng))計(jì)算得出的裂紋前沿的張開(kāi)應(yīng)力值，單位是MPa，

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

(Ⅱ)中：C(t)積分是隨時(shí)間變化的高溫?cái)嗔褏⒘浚瑔挝粸镸Pa·mm·(h)^-1，計(jì)算公式：

其中：t是時(shí)間，單位是h，C*是利用有限元計(jì)算得出的高溫?cái)嗔褏⒘浚瑔挝粸镸Pa·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(yīng)力強(qiáng)度因子，單位為MPa·(m)^0.5，計(jì)算公式：

(Ⅲ)中：P是主載荷，單位為N；B是試樣厚度，單位為mm；a/W是預(yù)制裂紋長(zhǎng)度比率,a是預(yù)制裂紋長(zhǎng)度，采用上主載荷銷(xiāo)孔圓心到預(yù)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(xiāo)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(shù)，只與a/W有關(guān)，

(2)計(jì)算瞬態(tài)蠕變等效應(yīng)力其計(jì)算公式為：

(Ⅳ)中：σ₁₁是利用RR應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算得出的裂紋前沿的應(yīng)力值，單位是MPa，

其中：是與θ和n有關(guān)的無(wú)量綱函數(shù)；

(3)利用MATALAB軟件計(jì)算轉(zhuǎn)換時(shí)間t_K-RR：在此時(shí)刻滿足：

彈性階段損傷累計(jì)值：

(Ⅴ)中：彈性等效應(yīng)力其計(jì)算公式為：

其中：是與裂紋尖端角度θ和泊松比ν有關(guān)的無(wú)量綱函數(shù)；

(Ⅴ)中：MSF_K為彈性條件下多軸應(yīng)力因子，根據(jù)Cocks and Ashby關(guān)系式計(jì)算：

其中：n為無(wú)量綱的蠕變應(yīng)力硬化指數(shù)，sinh是雙曲正弦函數(shù)，h_k為彈性應(yīng)力三軸度，在彈性應(yīng)力狀態(tài)下：

其中：θ是裂紋尖端角度，ν是泊松比；

(4)然后利用MATALAB軟件計(jì)算瞬態(tài)蠕變應(yīng)力場(chǎng)下孕育期時(shí)間t_i，其計(jì)算公式為：

(Ⅵ)中：d是判定蠕變萌生發(fā)生時(shí)裂尖前蠕變損傷達(dá)到1所延伸的距離，單位為mm，即蠕變萌生發(fā)生的臨界距離，

(Ⅵ)中：MSF_RR為塑性條件下多軸應(yīng)力因子，根據(jù)Cocks and Ashby關(guān)系式計(jì)算：

sinh是雙曲正弦函數(shù)，h_RR為瞬態(tài)蠕變應(yīng)力三軸度，在塑性應(yīng)力狀態(tài)下：

其中：和是與θ和n有關(guān)的無(wú)量綱函數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性瞬態(tài)蠕變條件下考慮拘束效應(yīng)的蠕變?cè)杏陬A(yù)測(cè)方法，其特征在于：d取所研究材料的晶粒尺寸。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性瞬態(tài)蠕變條件下考慮拘束效應(yīng)的蠕變?cè)杏陬A(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述C*的有限元模擬采用ABAQUS6.14進(jìn)行計(jì)算模擬，C*的提取過(guò)程包括以下步驟：

(1)首先建立主載荷拉伸加載的CT試樣的有限元模型，在材料屬性模塊里設(shè)置高溫下的彈性塑性蠕變參數(shù)，在網(wǎng)格模塊劃分網(wǎng)格，在接觸模塊里設(shè)置拉伸銷(xiāo)子與銷(xiāo)孔的剛性接觸，并在模型中插入預(yù)制裂紋，在分析步模塊里設(shè)置好輸出參量：應(yīng)力值、斷裂參量J積分值，在載荷模塊里設(shè)置拉伸載荷，以及拘束條件：包括對(duì)稱(chēng)條件和固定條件；

(2)在作業(yè)模塊提交任務(wù)計(jì)算，獲得含有蠕變拉伸實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，結(jié)果文件中，從歷史變量中可以獲取斷裂參量C*，在場(chǎng)變量可以獲取應(yīng)力值