[發(fā)明專利]穩(wěn)態(tài)蠕變條件下考慮與載荷無關(guān)的拘束參量的蠕變孕育期預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711352979.9
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN109932242B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 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
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/18
• 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.穩(wěn)態(tài)蠕變條件下考慮與載荷無關(guān)的拘束參量的蠕變孕育期預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：建立預(yù)測模型：所述預(yù)測模型包括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，槽和缺口在同一平面上，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稱設(shè)置，分別設(shè)置在槽的上下兩端，

S2：首先在缺口處插入預(yù)制裂紋，預(yù)制裂紋、槽和缺口在同一平面上，以進行蠕變試驗；

S3：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；

S4：通過蠕變有限元模擬可以獲得計算含拘束效應(yīng)CT試樣孕育期所需要的必要參數(shù)，在穩(wěn)態(tài)蠕變條件下，計算孕育期主要包括以下步驟：

(1)首先計算穩(wěn)態(tài)蠕變條件下的拘束參量其計算公式為：

(Ⅰ)中：是利用有限元計算得出的裂紋前沿處的張開應(yīng)力值，單位是Mpa，σ₀是材料的屈服強度，單位是MPa，C*積分是利用有限元計算得出的高溫斷裂參量，單位為MPa·mm·(h)^-1，L是標量距離，取1mm，I_n是與n有關(guān)的無量綱函數(shù)，n是無量綱的蠕變應(yīng)力硬化指數(shù)，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)；

是徑向應(yīng)力角函數(shù)；是周向應(yīng)力角函數(shù)；是等效應(yīng)力角函數(shù)；

是徑向位移角函數(shù)；是周向位移角函數(shù)；

是對徑向位移角函數(shù)取關(guān)于θ的偏微分，是對周向位移角函數(shù)取關(guān)于θ的偏微分；

(Ⅰ)中：σ₂₂是利用穩(wěn)態(tài)蠕變應(yīng)力場計算得出的裂紋前沿的張開應(yīng)力值，單位是MPa，

其中：r為裂紋后部尖端到裂紋前沿研究點的間距，單位是mm，是與θ和n有關(guān)的無量綱函數(shù)，θ是裂紋尖端角度，

(2)計算等效應(yīng)力單位是MPa，其計算公式為：

其中：是與θ和n有關(guān)的無量綱函數(shù)，

(3)然后計算穩(wěn)態(tài)蠕變應(yīng)力場下孕育期時間t_i^RRss，其計算公式為：

(Ⅲ)中：ε_crit是單軸蠕變韌性，與材料屬性有關(guān)，單位為1，

(Ⅲ)中：MSF_RRss為穩(wěn)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：n為無量綱的蠕變應(yīng)力硬化指數(shù),sinh是雙曲正弦函數(shù)，h_RRss為穩(wěn)態(tài)蠕變應(yīng)力三軸度，在穩(wěn)態(tài)蠕變狀態(tài)下：

其中平均應(yīng)力單位是MPa，其計算公式為：

其中：σ₁₁,σ₂₂和σ₃₃是利用RRss應(yīng)力場計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)的無量綱函數(shù)。

2.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)態(tài)蠕變條件下考慮與載荷無關(guān)的拘束參量的蠕變孕育期預(yù)測方法，其特征在于，裂紋后部尖端到裂紋前沿研究點的間距r取d，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。

3.如權(quán)利要求2所述的穩(wěn)態(tài)蠕變條件下考慮與載荷無關(guān)的拘束參量的蠕變孕育期預(yù)測方法，其特征在于，d取所研究材料的晶粒尺寸。

4.如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)態(tài)蠕變條件下考慮與載荷無關(guān)的拘束參量的蠕變孕育期預(yù)測方法，其特征在于，所述有限元模擬采用ABAQUS6.14進行計算模擬，C*的提取過程包括以下步驟：

(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)置拉伸銷子與銷孔的剛性接觸，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C*積分值，在載荷模塊里設(shè)置拉伸載荷，以及拘束條件：包括對稱條件和固定條件；

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