[發明專利]一種基于蠕變屈曲失效判定準則的有機玻璃承壓結構的長期服役壽命預測方法

在審

• 申請號: 201811557637.5
• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN109670241A
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 周凡;蔣文春;杜洋
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種基于蠕變屈曲失效判定準則的有機玻璃承壓結構的長期服役壽命預測方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：通過有機玻璃單軸蠕變斷裂實驗，獲取不同單軸應力水平下的應力-應變曲線；

步驟二：基于單軸應力狀態下有機玻璃蠕變實驗結果，進行參數擬合，獲取多軸狀態下的蠕變參數，從而建立有機玻璃在多軸應力狀態下的蠕變-損傷本構方程。

步驟三：基于有限元軟件ABAQUS的CREEP模塊，將有機玻璃在多軸應力狀態下的蠕變-損傷本構方程嵌入到有限元分析中，依據蠕變屈曲失效判定準則，判斷有機玻璃結構是否發生蠕變屈曲，預測結構的長期服役壽命。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多軸應力狀態下蠕變-損傷本構方程為修正的Liu-Murakami蠕變損傷本構方程，如下所示：

σ_r＝ασ_I+(1-α)σ_eq (3)

其中，表示蠕變應變率，σ_eq表示von Mises等效應力，S_ij表示偏應力，ω表示蠕變損傷變量，σ_r表示等效應力，σ_I為最大主應力；α是一個與材料失效機理相關的參數，在0～1范圍內取值；而B，n，A，q₂和p為待定的材料蠕變參數，依據單軸蠕變的實驗數據，擬合得到。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述擬合的方法如下：

基于Norton公式(4)，利用最小二乘法擬合得到蠕變參數B和n：

其中，為不同應力水平σ對應的最小蠕變應變率；

蠕變參數A和p由公式(5)擬合得到：

t_f＝1/(A*σ^p) (5)

其中，t_f表示蠕變斷裂時間；

參數基于Kachanov-Rabotnov模型中公式擬合得到：

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟三中，有機玻璃在多軸應力狀態下的蠕變-損傷本構方程是通過FORTRAN語言嵌入到ABAQUS分析中；有機玻璃薄壁結構有限元模型的建模過程如下：

在ABAQUS/CAE中建立有機玻璃薄壁結構，設置材料屬性和劃分網格，施加載荷和約束；所述的蠕變屈曲計算中需要建立兩個分析步，首先建立一個靜態彈性分析步(StaticGeneral)，為后續蠕變屈曲分析提供迭代初始值；然后建立一個蠕變分析步(Visco)，蠕變分析和時間相關；蠕變損傷變量為狀態變量，因此，需要在State/Field/User/Time中選擇SDV(Solution dependent state variables)定義輸出至ODB文件。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述蠕變屈曲失效判定準則為：

準則一：切線剛度矩陣在屈曲時刻奇異使得數值計算發散，并且依據位移-時間曲線，有機玻璃結構中某點在某一時刻的變形速度增至無窮大，則判斷結構發生了蠕變屈曲；

準則二：當結構中某一單元的損傷量達到設定的材料破壞閾值時，表明單元在蠕變過程中失去了承載能力，即材料發生了蠕變損傷失效；

當滿足上述任意一準則時，即可認為有機玻璃結構發生了蠕變屈曲，結束運算，運算時長即為有機玻璃結構的長期服役壽命。

6.根據權利要求1-5任一項所述的方法，其特征在于，所述有機玻璃結構替換為只要是薄壁的、承受外壓的有機玻璃結構均可。