[發明專利]一種基于脆性疲勞損傷模型的燒結釹鐵硼概率壽命計算方法

在審

• 申請號: 202011315389.0
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112632809A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 李雷;楊國來;俞文斌;孫全兆
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/27;G06F119/04
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 封睿

1.一種基于脆性疲勞損傷模型的燒結釹鐵硼概率壽命計算方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：建立燒結釹鐵硼材料的ZWT本構模型；

步驟2：計算燒結釹鐵硼材料的壽命，獲得燒結釹鐵硼材料在不同應力水平下的壽命分布圖；

步驟3：建立基于脆性損傷機理的疲勞損傷演化模型；

步驟4：根據燒結釹鐵硼材料的壽命分布圖擬合疲勞損傷演化模型，獲得疲勞損傷演化模型用于燒結釹鐵硼材料時的參數分布；

步驟5：根據損傷演化模型用于燒結釹鐵硼材料時的參數分布，結合概率密度演化方法，計算燒結釹鐵硼材料在不同應力水平下的疲勞壽命概率密度曲線。

2.根據權利要求1所述的基于脆性疲勞損傷模型的燒結釹鐵硼概率壽命計算方法，其特征在于，步驟2中，計算燒結釹鐵硼材料的壽命，獲得燒結釹鐵硼材料在不同應力水平下的壽命分布圖，采用的是ABAQUS和nCode聯合仿真，具體方法為：

將本構模型用VUMAT子程序的形式嵌入ABAQUS中，將ABAQUS中的有限元計算結果即應力應變結果文件導入nCode，定義材料的疲勞性能；在將ABAQUS的有限元計算結果輸入nCode時，一同輸入的還有載荷曲線，載荷曲線隨著Time Step輸入nCode作為疲勞計算的初始條件，不需要再額外定義載荷譜；

在nCode中搭建計算流程進行壽命計算，選取應變率、加載的應力幅值和材料的抗壓強度極限為不確定量，采用拉丁超立方試驗設計方法對這三個變量進行抽樣，分別計算NdFeB的疲勞壽命，獲得NdFeB的疲勞壽命分布圖。

3.根據權利要求1所述的基于脆性疲勞損傷模型的燒結釹鐵硼概率壽命計算方法，其特征在于，步驟3中，建立基于脆性材料的壽命演化模型，考慮了細觀單元，用增長的微裂紋來表示細觀單元的破壞過程，并假設經典的Paris公式適用于細觀單元的裂紋擴展，從而建立宏觀層面上的脆性疲勞損傷演化模型，具體方法為：

將細觀單元損傷D定義成單元損傷的均值，同時認為破壞的面積與細觀單元表面積L²相等時試件斷裂，即：其中n為裂紋的數目，則細觀單元的損傷簡化為：

假設所有細觀單元的裂紋面相等，則

宏觀的Paris公式：

式中：da/dN為裂紋缺陷擴展的速率，a為缺陷長度，N為加載次數；c和η為材料參數；F為幾何形狀參數；σ和Δσ分別為名義應力幅值和裂紋處應力幅值；K_max和K_min為裂紋處強度因子的最大值和最小值；

將宏觀的Paris公式中的名義應力根據應變等效結合損傷因子替換成有效應力，即并將Paris公式看作是對一個循環的積分，即

同時定義微觀元素的裂紋缺陷寬度為e，并對D進行求導得

對上式進行積分，又有

由上式令則可得

在對上式進行積分時，將D^η/2近似為(N/N_f)^η/2代入，N_f為脆性材料的壽命值，積分得

從而建立起基于脆性損傷機理能代表宏觀尺度的脆性疲勞損傷演化模型。

4.根據權利要求1所述的基于脆性疲勞損傷模型的燒結釹鐵硼概率壽命計算方法，其特征在于，步驟4中，根據燒結釹鐵硼材料的壽命分布圖擬合疲勞損傷演化模型，獲得疲勞損傷演化模型用于燒結釹鐵硼材料時的參數分布，具體方法為：采用遺傳算法對疲勞損傷演化模型進行優化，獲得疲勞損傷演化模型在用于永磁體材料時參數的分布。