[發明專利]基于晶體塑性的疲勞裂紋萌生與擴展的損傷壽命評估方法

有效

• 申請號: 202010586845.9
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111721787B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 張宏;張瑋;王林森;王清遠;劉永杰;李浪;何超;王寵
• 申請（專利權）人: 四川大學;東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司
• 主分類號: G01N23/046
• 分類號: G01N23/046
• 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

本發明公開了一種基于晶體塑性的疲勞裂紋萌生與擴展的損傷壽命評估方法，包括以下步驟：S1、根據CT金屬試件，構建微觀結構信息的介觀尺度網格計算模型；S2、根據介觀尺度網格計算模型，計算剪切應變率增量，構建介觀尺度材料本構模型；S3、基于介觀尺度材料本構模型，構建裂紋擴展驅動力模型；S4、基于裂紋擴展驅動力模型，構建以能量為基準的疲勞損傷模型，進行損傷壽命評估；本發明解決了無法定量直觀計算疲勞裂紋萌生與擴展行為的問題。

技術領域

本發明涉及金屬鈑金成形技術領域，具體涉及一種基于晶體塑性的疲勞裂紋萌生與擴展的損傷壽命評估方法。

背景技術

材料裂紋萌生與擴展行為直接關系到疲勞失效性能。研究表明，裂紋萌生占據疲勞壽命的絕大多數周期，而擴展行為則容易受到材料微觀結構包括晶體界面、滑移等的影響。因此，一直以來，裂紋萌生與擴展是研究的熱點也是制約材料工程應用的瓶頸之一。

傳統的疲勞裂紋行為檢測，是基于標準的CT試件在裂紋擴展測試設備進行測試，該方法主要是針對裂紋擴展過程，而對裂紋萌生過程的檢測較為粗糙，甚至無法測試。此外，這種方法的測試精度直接取決于檢測設備與CT試件的加工精度。并且，當改變材料或服役環境時，傳統的檢測設備也沒法進行相應的測試。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供的一種基于晶體塑性的疲勞裂紋萌生與擴展的損傷壽命評估方法解決了無法定量直觀計算疲勞裂紋萌生與擴展行為的問題。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：一種基于晶體塑性的疲勞裂紋萌生與擴展的損傷壽命評估方法，包括以下步驟：

S1、根據CT金屬試件，構建微觀結構信息的介觀尺度網格計算模型；

S2、根據介觀尺度網格計算模型，計算剪切應變增量，構建介觀尺度材料本構模型；

S3、基于介觀尺度材料本構模型，構建裂紋擴展驅動力模型；

S4、基于裂紋擴展驅動力模型，構建以能量為基準的疲勞損傷模型，進行損傷壽命評估。

進一步地，步驟S1包括以下步驟：

S11、確定CT金屬試件的宏觀尺度應力/應變熱點區域，得到該區域的材料微觀結構信息EBSD圖像；

S12、對該區域的材料微觀結構信息EBSD圖像進行離散化處理，得到局部區域晶界坐標信息及其微觀結構分布坐標信息；

S13、根據局部區域晶界坐標信息及其微觀結構分布坐標信息，繪制二維介觀晶體模型；

S14、將二維介觀晶體模型輸入有限元網格劃分軟件進行網格劃分；

S15、將劃分后的二維介觀晶體模型導入有限元計算軟件中，并設置材料屬性、載荷信息和在邊界施加周期性載荷邊界，構建介觀尺度網格計算模型。

進一步地，步驟S13中繪制二維介觀晶體模型的方程為：

f＝axⁿ+by^m+cz^k (1)

其中，f為二維介觀晶體模型的邊，(x，y，z)為局部區域晶界坐標信息，n為x坐標的擬合次數，m為y坐標的擬合次數，k為z坐標的擬合次數，a為x方向的位置系數，b為y方向的位置系數，c為z方向的位置系數。

進一步地，步驟S14中的劃分規則為：根據二維介觀晶體模型上裂紋萌生區域和擴展區域的相對尺寸，將裂紋萌生區域的區域網格細化，將擴展區域采用大網格進行劃分。

進一步地，步驟S2包括以下步驟：

S21、根據CT金屬試件的類型，確定滑移系數量n；