[發明專利]適用于判定應力應變混合控蠕變疲勞損傷狀態的通用方法

有效

• 申請號: 202110325998.2
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113514350B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 王小威;張天宇;姜勇;張顯程;鞏建鳴
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

1.一種適用于判定應力應變混合控蠕變疲勞損傷狀態的通用方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1，取相同材料的若干試樣，在同一溫度下對部分試樣進行同應變速率不同應變幅值的應變控制疲勞試驗，獲取疲勞試驗數據，轉入步驟S2；在與應變控制疲勞試驗相同的溫度下對部分試樣開展不同應力的蠕變試驗，獲取蠕變試驗數據，轉入步驟S3；

步驟S2，根據疲勞試驗數據，確定任意應變幅值下疲勞試驗的循環壽命，轉入步驟S4；

步驟S3，根據蠕變試驗數據，確定蠕變失效時的非彈性應變能密度與非彈性應變能密度率之間的定量關系，轉入步驟S4；

步驟S4，在同一溫度及同一應變速率下，開展多組應變控制蠕變疲勞試驗以及應力應變混合控制蠕變疲勞試驗，獲得蠕變疲勞試驗的半壽命周次，同時轉入步驟S5和步驟S6；

步驟S5，以蠕變疲勞試驗的半壽命周次為特征周次，結合步驟S2中得到的任意應變幅值下疲勞試驗的循環壽命，根據蠕變疲勞試驗半壽命周次的應變幅值確定其每一周的疲勞損傷，轉入步驟S7；

步驟S6，以蠕變疲勞試驗的半壽命周次為特征周次，結合步驟S3中得到的蠕變失效時的非彈性應變能密度與非彈性應變能密度率之間的定量關系，根據蠕變疲勞試驗半壽命周次應變保載期間應力演化或應力保載期間應變演化，確定非彈性應變能密度及非彈性應變能密度率，從而得到每一周的蠕變損傷，具體如下：

步驟S61，應變控制蠕變疲勞試驗應變保載階段的保載應力與時間的演化σ_d(t)以及混合控制蠕變疲勞試驗應力保載階段的保載應變與時間的演化ε_d(t)分別滿足下式的非線性演化規律，

其中，應力松弛系數p₁和應力松弛指數q₁通過擬合應變保載期間的應力松弛曲線得到，蠕變變形系數p₂和蠕變變形指數q₂通過擬合應力保載期間的蠕變曲線得到；

步驟S62，考慮平均應力作用，保載階段t時刻的非彈性應變能密度如式(9-1)和式(9-2)所示，

其中E表示材料在試驗溫度下的彈性模量，σ₀表示蠕變疲勞試驗半壽命周次保載開始時的應力，σ_m表示蠕變疲勞試驗半壽命周次的平均應力；σ表示保載階段的蠕變應力；

步驟S63，通過應變控制蠕變疲勞試驗應變保載階段的保載應力與時間的演化σ_d(t)、混合控制蠕變疲勞試驗應力保載階段的保載應變與時間的演化ε_d(t)，以及保載階段t時刻的非彈性應變能密度得到非彈性應變能密度率

σ_d表示混合控蠕變疲勞載荷的保載應力；

步驟S64，將最小的非彈性應變能密度率，即保載結束時的非彈性應變能密度率作為特征非彈性應變能密度率，因此蠕變疲勞試驗每一周的蠕變損傷表示為式(11)，

其中表示蠕變疲勞失效時材料的非彈性應變能密度，t_d為保載時間；

步驟S65，根據蠕變失效時的非彈性應變能密度與非彈性應變能密度率之間的關系，以及非彈性應變能密度率得到最終的蠕變疲勞試驗每一周的蠕變損傷如式(12)所示：

轉入步驟S7；

步驟S7，利用線性損傷累積法則，根據前述每一周的疲勞損傷以及每一周的蠕變損傷預測該材料在蠕變疲勞載荷下的循環壽命N_c-f表示為式(13)：

轉入步驟S8；

步驟S8，根據每一周的疲勞和蠕變損傷，確定循環加載過程中累積蠕變損傷和累積疲勞損傷，基于確定的累積疲勞損傷和累積蠕變損傷以及美國ASME III-NH標準規定的雙線性蠕變疲勞包絡線，判定材料在蠕變疲勞任意時刻下的損傷狀態：

若損傷狀態點在雙線性包絡線以外，則判定為材料失效，反之則為未失效。