[發(fā)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

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• 申請日: 2019-06-12
• 公開（公告）號: CN110232243B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張宏;王清遠(yuǎn);劉永杰;王寵;李浪
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 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(wù)所(普通合伙) 51229
• 代理人: 陳選中

本發(fā)明公開了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。本發(fā)明提出的焊接工藝晶體塑性本構(gòu)模型與計算方法考慮了晶體滑移系和多晶塑性應(yīng)變對材料焊接工藝性能的影響。建立了介觀層次的焊接工藝損傷與疲勞壽命評估模型。可以從介觀角度研究材料微觀特征對焊接工藝性能的影響以及對焊接接頭損傷與疲勞壽命的影響，通過宏觀?介觀耦合計算模型明確焊接工藝與材料性能演化過程關(guān)系，進(jìn)一步確定焊接工藝對材料損傷與疲勞壽命的影響作用和程度，為研究材料經(jīng)焊接工藝加工后損傷演化和疲勞失效過程提供重要的理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐，具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料疲勞失效技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及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。

背景技術(shù)

焊接工藝的出現(xiàn)使得大型零部件生產(chǎn)和工程應(yīng)用成為可能。目前，焊接工藝越來越多地應(yīng)用在各種行業(yè)中，然而工程實踐與研究發(fā)現(xiàn)，在焊接構(gòu)件中焊接接頭位置常常是力學(xué)性能最薄弱的地方，更是疲勞裂紋萌生與失效的區(qū)域。因此，研究焊接工藝對力學(xué)性能的影響，尤其是對疲勞行為的影響是重要的科學(xué)問題并具有工程應(yīng)用價值。

一直以來試驗測試是研究焊接接頭可焊性、可靠性與疲勞的基礎(chǔ)方法，并且受限于試驗條件和成本很難對焊接工藝與疲勞失效過程進(jìn)行有效分析研究，尤其從材料微觀層次進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析與疲勞裂紋萌生擴(kuò)展研究基本還未涉及到。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的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解決了焊接工藝數(shù)值計算中無法考慮宏觀-介觀耦合行為和材料損傷及疲勞壽命預(yù)測的問題。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：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，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(wǎng)格模型；

S2、在晶體塑性焊接計算網(wǎng)格模型的基礎(chǔ)上建立晶體塑性焊接工藝本構(gòu)模型；

S3、基于晶體塑性焊接工藝本構(gòu)模型評估損傷與疲勞壽命。

進(jìn)一步地：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(shù)生成焊接區(qū)域介觀尺度下的晶粒晶核坐標(biāo)信息；

S12、將晶粒晶核坐標(biāo)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(wǎng)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(wǎng)格模型；

S14、通過Abaqus軟件在介觀Voronoi晶體塑性網(wǎng)格模型的基礎(chǔ)上施加材料屬性、焊接工藝參數(shù)及夾具約束信息創(chuàng)建網(wǎng)格模型；

S15、當(dāng)網(wǎng)格模型驗證合格時，輸出該網(wǎng)格模型，否則修改晶粒晶核坐標(biāo)信息，并返回步驟S12。

進(jìn)一步地：所述材料微觀特征信息包括SEM信息、EBSD信息和CT信息。

進(jìn)一步地：所述步驟S2的具體步驟為：

S21、基于網(wǎng)格模型定義材料介觀尺度晶粒參數(shù)；

S22、根據(jù)材料介觀尺度晶粒參數(shù)建立全局坐標(biāo)彈性矩陣；

S23、根據(jù)全局坐標(biāo)彈性矩陣計算滑移系旋轉(zhuǎn)增量和膨脹應(yīng)變增量；

S24、構(gòu)建求解線性和非線性方程的迭代算法并選擇關(guān)鍵控制參數(shù)確保其收斂性；

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

S26、通過第n步和第n+1步的剪切應(yīng)變增量迭代計算一致線切剛度矩陣；