[發明專利]基于晶體塑性焊接工藝模型的損傷與疲勞壽命評估方法

有效

• 申請號: 201910507813.2
• 申請日: 2019-06-12
• 公開（公告）號: CN110232243B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 張宏;王清遠;劉永杰;王寵;李浪
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/04
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 陳選中

1.一種基于晶體塑性焊接工藝模型的損傷與疲勞壽命評估方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、基于宏觀模型尺寸與材料微觀特征建立晶體塑性焊接計算網格模型；

S2、在晶體塑性焊接計算網格模型的基礎上建立晶體塑性焊接工藝本構模型；

S3、基于晶體塑性焊接工藝本構模型評估損傷與疲勞壽命；

所述步驟S3的具體步驟為：

S31、根據焊接接頭特性建立焊接構件損傷模型；

S32、將焊接構件損傷模型集成到晶體塑性焊接工藝本構模型中，生成基于疲勞損傷與壽命評估的晶體塑性本構模型；

S33、通過基于疲勞損傷與壽命評估的晶體塑性本構模型和擴展有限元方法評估損傷與疲勞壽命；

所述步驟S31中的焊接構件損傷模型包括焊接損傷變量和焊接損傷增量；

所述焊接損傷變量的計算公式為：

上式中，D_ij為焊接損傷變量，和分別為二次三次應變速率，n′為材料參數；

所述焊接損傷增量的計算公式為：

上式中，dD為焊接損傷增量，為應力狀態參數，dt為時間增量，λ為材料參數，D為焊接損傷，β和m為材料敏感參數。

2.根據權利要求1所述的基于晶體塑性焊接工藝模型的損傷與疲勞壽命評估方法，其特征在于，所述步驟S1的具體步驟為：

S11、基于宏觀模型尺寸與材料微觀特征信息，通過圖像像素離散技術生成焊接區域介觀尺度下的晶粒晶核坐標信息；

S12、將晶粒晶核坐標信息利用Voronoi算法生成二維或三維晶體模型圖；

S13、利用有限元網格劃分軟件將二維或三維晶體模型圖按照焊接工藝宏觀模擬要求生成介觀Voronoi晶體塑性網格模型；

S14、通過Abaqus軟件在介觀Voronoi晶體塑性網格模型的基礎上施加材料屬性、焊接工藝參數及夾具約束信息創建網格模型；

S15、當網格模型驗證合格時，輸出該網格模型，否則修改晶粒晶核坐標信息，并返回步驟S12。

3.根據權利要求2所述的基于晶體塑性焊接工藝模型的損傷與疲勞壽命評估方法，其特征在于，所述材料微觀特征信息包括SEM信息、EBSD信息和CT信息。

4.根據權利要求1所述的基于晶體塑性焊接工藝模型的損傷與疲勞壽命評估方法，其特征在于，所述步驟S2的具體步驟為：

S21、基于網格模型定義材料介觀尺度晶粒參數；

S22、根據材料介觀尺度晶粒參數建立全局坐標彈性矩陣；

S23、根據全局坐標彈性矩陣計算滑移系旋轉增量和膨脹應變增量；

S24、構建求解線性和非線性方程的迭代算法并選擇關鍵控制參數確保其收斂性；

S25、利用迭代算法通過滑移系旋轉增量和膨脹應變增量求解第n步和第n+1步的剪切應變增量；

S26、通過第n步和第n+1步的剪切應變增量迭代計算一致線切剛度矩陣；

S27、當一致線切剛度矩陣收斂時，進入步驟S28，否則返回步驟S24；

S28、通過一致線切剛度矩陣建立本構模型；

S29、基于本構模型、焊接熱源理論模型和宏觀焊接工藝參數及約束條件下建立晶體塑性焊接工藝本構模型。

5.根據權利要求4所述的基于晶體塑性焊接工藝模型的損傷與疲勞壽命評估方法，其特征在于，所述步驟S29中的焊接熱源理論模型包括中等能量焊接熱源和高等能量焊接熱源；

所述中等能量焊接熱源q(x,y,z,t)的計算公式為：

上式中，f_f為橢球前端能量系數，a_f代表橢球半徑，Q為總輸入能量，b為熔池寬度，c為熔池深度，x，y和z分別為直角坐標系x,y和z軸上的參數，v為焊接速度，t為焊接時間，τ為滯后系數；

所述高等 能量焊接熱源Q(x,y,z)的計算公式為：

上式中，r₀為幾何參數，Q₀為總輸入能量。

6.根據權利要求1所述的基于晶體塑性焊接工藝模型的損傷與疲勞壽命評估方法，其特征在于，所述步驟S32中基于疲勞損傷與壽命評估的晶體塑性本構模型N_f為：

上式中，G為剪切模量，W_s為單位面積表面能，v為速度，d為滑移帶長度，為第α滑移系的臨界剪切應力，Δτ^α為第α滑移系的臨界剪切應力增量。