[發明專利]金屬材料腐蝕后疲勞有限元數值模擬與參數分析方法

有效

• 申請號: 202110403095.1
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113177272B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 馮然;潘金蒂
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06T17/20
• 代理公司: 深圳市添源創鑫知識產權代理有限公司 44855
• 代理人: 覃迎峰

1.一種金屬材料腐蝕后疲勞有限元數值模擬與參數分析方法，其特征在于：其包括如下步驟：

步驟S1，掃描已有的腐蝕后的金屬材料試件，得到腐蝕三維數字模型，建立腐蝕形貌的三維坐標數據庫；

步驟S2，建立隨機概率模型，隨機選取三維坐標點，進行點云的重新組合，擬合出新的腐蝕面，建立新的腐蝕模型；

步驟S3，將得到的新的腐蝕模型的兩個腐蝕面提取出來，利用Hypermesh軟件進行網格劃分和六面體網格模型的建立，然后結合ABAQUS軟件和Fe-safe軟件對腐蝕模型進行疲勞計算；

采用Hypermesh軟件進行網格劃分，包括如下步驟：

將多邊形網格模型在逆向工程軟件Geomagic Wrap中打開，然后利用軟件中的修復功能修復初始掃描模型，使得模型由封閉的、連續的多邊形網格構成，提取腐蝕模型的上下兩個腐蝕面，然后將具有兩個腐蝕平面的stl.格式文件導入到Hypermesh軟件中，此時的腐蝕面是由三角形網格組成的；

在腐蝕面的法線方向上，建立兩個由規則四邊形網格組成的平面，使其覆蓋但不超過原有的腐蝕面；

使用Hypermesh軟件中HyperMorph工具的“map to geom”功能，其中map to elements選取規則四邊形網格平面，map nodes選取由三角形網格構成的腐蝕面，映射方向選擇法線方向，將規則四邊形網格映射到腐蝕面上，最終得到兩個由規則四邊形網格構成的腐蝕面；

使用Hypermesh軟件中3D工具的“linear solid”功能，將兩個四邊形網格腐蝕面連接在一起，得到規則六面體網格模型，然后將得到的六面體網格腐蝕模型導入到ABAQUS軟件中，定義網格單元類型、材料屬性和邊界條件，從而建立完整的金屬材料腐蝕試件的有限元疲勞計算腐蝕模型。

2.根據權利要求1所述的金屬材料腐蝕后疲勞有限元數值模擬與參數分析方法，其特征在于，步驟S1包括：采用3D掃描儀對腐蝕后的金屬材料試件進行3D掃描，得到試件的多邊形網格模型，進一步轉化得到三維實體模型，然后采用有限元分析方法對三維實體模型進行網格劃分和疲勞模擬。

3.根據權利要求2所述的金屬材料腐蝕后疲勞有限元數值模擬與參數分析方法，其特征在于：采用四面體網格進行網格劃分。

4.根據權利要求1所述的金屬材料腐蝕后疲勞有限元數值模擬與參數分析方法，其特征在于：所述ABAQUS軟件和Fe-safe軟件對腐蝕模型進行疲勞計算包括：

將腐蝕模型導入到ABAQUS軟件中，施加靜力荷載，進行靜力分析，得到腐蝕模型的應力云圖；

將腐蝕模型的應力云圖以odb.格式的文件導入到Fe-safe軟件中，即將腐蝕模型的節點應力保存到Fe-safe軟件中進行疲勞分析；

采用應力-壽命方法，并按Miner線性累積準則和雨流計數法對腐蝕模型進行疲勞計算；在Fe-safe軟件中輸入材料的S-N曲線，并設置模型的疲勞荷載和應力比，結合應力集中系數，采用名義應力法得到最終模型的疲勞壽命。

5.根據權利要求1所述的金屬材料腐蝕后疲勞有限元數值模擬與參數分析方法，其特征在于，步驟S1包括：

利用Geomagic Wrap軟件將得到的腐蝕模型的上下腐蝕面進行切割，從而得到多個腐蝕面塊，每個腐蝕面塊具有不同的腐蝕形貌；將腐蝕面塊作為初始樣本，分別取出，將其轉化為點云模型，導出為obj.格式的文件，用記事本打開，得到組成其腐蝕形貌的點云的三維坐標；將每個腐蝕面塊的點云三維坐標儲存起來，以此類推，得到一個具有不同腐蝕形貌的腐蝕面塊組成的三維坐標數據庫。

6.根據權利要求1~5任意一項所述的金屬材料腐蝕后疲勞有限元數值模擬與參數分析方法，其特征在于：在具有多個腐蝕模型的情況下，對其腐蝕量和腐蝕形貌進行量化分析，研究腐蝕量和腐蝕形貌這兩個參數對金屬材料疲勞性能的影響。