[發(fā)明專利]彈性瞬態(tài)蠕變條件下含殘余應(yīng)力的蠕變孕育期預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710271743.6
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN108732034B
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐連勇;鄔棟權(quán);荊洪陽;韓永典;趙雷;呂小青
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N1/28
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

1.彈性瞬態(tài)蠕變條件下含殘余應(yīng)力的蠕變孕育期預(yù)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(shè)有槽，槽的后部設(shè)有缺口，CT試樣本體上還設(shè)有上主載荷銷孔、下主載荷銷孔，上主載荷銷孔、下主載荷銷孔上下對應(yīng)設(shè)置，分別設(shè)置在槽的上下兩端；

S2:首先利用上圓銷、下圓銷對CT試樣本體的上下兩端進行預(yù)定大小的壓縮加載，然后釋放上圓銷、下圓銷，會在CT試樣本體的缺口附近產(chǎn)生殘余應(yīng)力分布；

S3:在含有殘余應(yīng)力的缺口處插入預(yù)制裂紋，以進行蠕變試驗；

S4: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；

S5:通過蠕變有限元模擬可以獲得計算含殘余應(yīng)力CT試樣孕育期所需要的必要參數(shù)，在彈性瞬態(tài)蠕變條件下，研究點的初始應(yīng)力是彈性應(yīng)力狀態(tài)，到達轉(zhuǎn)換時間t_K-RR后進入到瞬態(tài)蠕變應(yīng)力狀態(tài)；

計算孕育期主要包括以下步驟：

(1)首先計算復(fù)合加載下的應(yīng)力強度因子，其計算公式為：

(Ⅰ)中：

其中：是模擬計算的只含有殘余應(yīng)力下的應(yīng)力強度因子，單位為MPa·(m^1/2)；是主載荷應(yīng)力強度因子，單位為MPa·(m^1/2)；P是主載荷，單位為N；B是試樣厚度，單位為mm，B_n是試樣凈厚度，單位為mm；a/W是預(yù)制裂紋長度比率,a是預(yù)制裂紋長度，采用上主載荷銷孔圓心到預(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)；V是無量綱的塑性相關(guān)項，計算如下：

(Ⅱ)中:V₀是無量綱參量，

是塑性殘余應(yīng)力強度因子，單位為MPa·(m^1/2)；是模擬計算的只含有殘余應(yīng)力下的應(yīng)力強度因子，單位為MPa·(m^1/2)，利用J_S計算，J_S是殘余應(yīng)力場下斷裂參量，單位為MPa·m：

其中：E′是有效彈性模量：E'＝E/(1-ν²)，E是彈性模量，ν是泊松比，和J_S都利用有限元模擬結(jié)果提取；

(Ⅱ)中:L_r是無量綱參量，描述主載荷幅度：

其中：σ_y是屈服強度，單位為MPa；是主載荷參考應(yīng)力，單位為MPa，用下式計算：

其中：n_L為無量綱裂紋深寬比參數(shù)，通過下式計算:

常數(shù)

(Ⅱ)中:

其中：是主載荷應(yīng)力強度因子，單位為MPa·(m^1/2)，是塑性主載荷應(yīng)力強度因子，單位為MPa·(m^1/2)；利用有限元模擬結(jié)果計算：

(Ⅱ)中:β描述殘余應(yīng)力的幅度，是無量綱參量；

是二次載荷參考應(yīng)力，單位為MPa，利用有限元模擬計算；

(Ⅱ)中:Z為無量綱的彈性追隨因子，從有限元模擬結(jié)果中提取出應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，取等效蠕變應(yīng)變增量與等效彈性應(yīng)變增量的比值：

(2)計算穩(wěn)態(tài)蠕變復(fù)合應(yīng)力場下C*積分數(shù)值，其計算公式為：

其中:A是蠕變硬化系數(shù)，單位為MPa^-n·h^-1，K_I是復(fù)合應(yīng)力強度因子，單位為MPa·(m^1/2)，是初始參考應(yīng)力，單位為MPa；

(3)然后轉(zhuǎn)化時間t_K-RR，其計算公式為：

(Ⅲ)中：

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)，τ是再分布時間，單位為h，從有限元提取；n為無量綱的蠕變應(yīng)力硬化指數(shù)，I_n是與n有關(guān)的無量綱函數(shù)，是與θ和n有關(guān)的無量綱函數(shù)，是與裂紋尖端角度θ和泊松比ν有關(guān)的無量綱函數(shù)，d是判定蠕變萌生發(fā)生時裂尖前蠕變損傷達到1所延伸的距離，即蠕變萌生發(fā)生的臨界距離，單位為mm；

(4)最后彈性瞬態(tài)蠕變條件下孕育期時間t_i^K-RR，其計算公式為：

(Ⅳ)中：

ε_crit是單軸蠕變韌性，與材料屬性有關(guān)，單位為1，MSF_RR為瞬態(tài)蠕變條件下多軸應(yīng)力因子，根據(jù)Cocks and Ashby關(guān)系式計算：

其中：sinh是雙曲正弦函數(shù)，h_RR為穩(wěn)態(tài)蠕變應(yīng)力三軸度，在穩(wěn)態(tài)蠕變狀態(tài)下：

其中：θ°是裂紋尖端角度，n是無量綱的蠕變應(yīng)力硬化指數(shù)，和是與θ和n有關(guān)的無量綱函數(shù)；

(Ⅳ)中：

是在弾性應(yīng)力階段所累積的損傷值：

其中：C(t)是反映瞬態(tài)蠕變過程的載荷環(huán)路積分值，單位為MPa·mm·(h^-1)，利用參考應(yīng)力法計算：

(Ⅴ)中：σ_ref是總參考應(yīng)力，單位為MPa，利用以下積分式計算：

其中：是總參考應(yīng)變速率，單位為h^-1，是主載荷參考應(yīng)變速率，單位為h^-1，

(Ⅴ)中：ε_ref是總參考應(yīng)變，利用下式計算：

其中：是初始參考應(yīng)變，通過有限元模擬提取。