[發明專利]一種發動機缸蓋用鑄鋁材料本構參數模型建立方法

有效

• 申請號: 202010410446.7
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111680437B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 蔡存朋;武斌;曹正林;沈宇航;張醒國
• 申請（專利權）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G06F30/17;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純

本發明公開了一種發動機缸蓋用鑄鋁材料本構參數模型建立方法，屬于發動機技術領域，本發明通過建立發動機缸蓋熱機疲勞分析用材料本構參數模型，可以進行高精度的熱機疲勞CAE仿真分析；具體地是通過將材料組合硬化特性分解為運動硬化項參數和各項同性硬化項參數，每個硬化項通過兩個參數即可定義，參數獲取方式簡單，無需迭代即可得到和試驗結果吻合較好的材料本構參數，通過由試驗測試獲得材料各個溫度下恒溫低周回滯曲線參數后，擬合獲得發動機缸蓋熱機疲勞分析用的材料高低溫本構參數。

技術領域

本發明屬于發動機技術領域，具體涉及一種發動機缸蓋用鑄鋁材料本構參數模型建立方法。

背景技術

汽油機增壓技術導致缸蓋結構熱負荷增加，溫度幅值和機械載荷幅值增大，四氣門鑄鋁材料缸蓋鼻梁區的熱機疲勞開裂失效風險日益凸顯，消除這種隱患的最有效手段是在缸蓋結構設計階段進行熱機疲勞壽命預測，支撐結構優化設計。熱機疲勞壽命預測需要的一大核心是能對發動機熱機疲勞循環工況做出有效響應的材料本構模型，來獲得危險截面處的應力應變滯后回線。

現有技術通過采用Chaboche統一粘塑性本構模型來確定材料本構關系，包含11項參數，需通過參數初值定義及參數優化擬合，并通過編寫UMAT子程序進行應用，方法復雜，收斂效果較差。

發明內容

為了克服現有技術中存在的上述缺陷，本發明提供了一種發動機缸蓋用鑄鋁材料本構參數模型建立方法，本發明通過建立發動機缸蓋熱機疲勞分析用材料本構參數模型，可以進行高精度的熱機疲勞CAE仿真分析；具體地是通過將材料組合硬化特性分解為運動硬化項參數和各項同性硬化項參數，每個硬化項通過兩個參數即可定義，參數獲取方式簡單，無需迭代即可得到和試驗結果吻合較好的材料本構參數，通過由試驗測試獲得材料各個溫度下恒溫低周回滯曲線參數后，擬合獲得發動機缸蓋熱機疲勞分析用的材料高低溫本構參數。

本發明通過如下技術方案實現：

一種發動機缸蓋用鑄鋁材料本構參數模型建立方法，具體步驟如下：

步驟一：參照GB-T 15248-2008《金屬材料軸向等幅低循環疲勞試驗方法》，采用應變控制法循環加載，測試獲得發動機常用溫度范圍下的鑄鋁材料的恒溫低周材料應力-應變回滯曲線、應力-塑性應變回滯曲線、半壽命時應力-應變滯回曲線以及半壽命時的應力-塑性應變滯回曲線；

步驟二：鑄鋁材料在循環加載時呈現組合硬化特性，該特性包括運動硬化及各向同性硬化；

所述運動硬化項由表示，其中，σ_i表示運動硬化項應力，表示σ_i相對應的運動硬化項塑性應變，參數可由材料半壽命時的應力-塑性應變滯回曲線量取獲得；

所述各向同性硬化項由表示，其中，表示各向同性硬化項等效應力，表示相對應的等效塑性應變，參數可由循環應力-塑性應變曲線量取或計算獲得；

步驟三：分別選取不同溫度，重復步驟一-步驟二，獲得鑄鋁材料在不同溫度下的組合硬化特性，組合硬化特性即為鑄鋁材料在不同溫度下的恒溫低周材料本構模型；

步驟四：為獲得材料高低溫變溫工況下的本構參數，引入溫度場變量，通過各個溫度下的恒溫低周材料本構參數，構造覆蓋發動機缸蓋鑄鋁材料在常用溫度的變溫條件下的材料本構參數。

進一步地，步驟一所述的常用溫度范圍為室溫～300℃。

進一步地，選取恒溫低周測試溫度時，為保證所選取溫度點覆蓋發動機缸蓋結構溫度，同時考慮降低試驗成本，通常步驟一所述的常用溫度選取室溫、100℃、200℃、300℃四個溫度點進行測量。

進一步地，步驟二中所述運動硬化項其中，σ_i可直接量取，量取段為半壽命時材料應力應變曲線中加載的塑性段，見附圖2-a的AB段，通過式(1)計算得到；σ₁半壽命時材料應力應變曲線中加載塑性段的起點；