[發明專利]一種基于EBSD表征和晶體塑性的疲勞微裂紋擴展預測方法

在審

• 申請號: 202210120909.5
• 申請日: 2022-02-09
• 公開（公告）號: CN114662356A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 江榮;章文天;吳常皓;于澤;宋迎東
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/04;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 吳旭

1.一種基于EBSD表征和晶體塑性的疲勞微裂紋擴展預測方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)通過開展構件服役溫度下的標準低周疲勞試驗，獲取應力應變遲滯回線；

(2)使用FORTRAN子程序編寫宏觀粘塑性本構模型，由立方單元模型貼合低周疲勞試驗應力應變曲線，確定宏觀粘塑性本構模型參數；

(3)建立宏觀構件的有限元模型，并賦予其粘塑性本構材料參數，進行疲勞加載，獲得構件的宏觀應力場和位移場，初步確定其危險部位；

(4)使用FORTRAN子程序編寫晶體塑性本構模型，并由EBSD表征獲取材料的晶粒取向分布特征信息，建立代表性體積單元，通過貼合標準低周疲勞試驗與代表性體積單元平均應力應變響應，確定晶體塑性本構模型參數；

(5)由EBSD表征危險部位的局部細觀晶粒微結構特征，并由表征結果建立局部細觀模型，賦予各晶粒晶體塑性本構模型，采用子模型法，以宏觀粘塑性模型的位移場為邊界條件，計算局部細觀應力應變場以及滑移系累積應變能耗散密度的分布；

(6)以細觀場計算所得的累計剪應變為疲勞度量參量，確定危險晶粒；針對危險晶粒，計算其各滑移系的累積應變能耗散密度，并以累積應變能耗散密度最大的滑移系為開裂滑移系，引入初始裂紋，并由裂紋萌生模型確定萌生壽命；

(7)對引入初始裂紋后的新模型進行網格重劃分并重新計算，在裂紋尖端判斷開裂晶粒及相鄰晶粒的累積應變能耗散密度分布，以初始裂紋的終點為起點，在具有最大累積應變能耗散密度滑移系上繼續引入新的穿晶裂紋，直至裂紋擴展至長裂紋階段；并結合滑移系應變能耗散密度和微裂紋擴展模型確定微裂紋擴展壽命。

2.根據權利要求1所述的基于EBSD表征和晶體塑性的疲勞微裂紋擴展預測方法，其特征在于：所述步驟(2)中，以應力應變曲線試驗和模擬數據點差的平方和為優化目標，確定宏觀粘塑性本構模型參數。

3.根據權利要求2所述的基于EBSD表征和晶體塑性的疲勞微裂紋擴展預測方法，其特征在于：所述步驟(2)中，宏觀粘塑性本構模型參數方程如下：

ε＝ε^e+ε^p (1)

σ＝2Gε^e+λTr(ε^e)I (2)

其中，ε,ε^e和ε^p分別為總應變張量、彈性應變和塑性應變張量，σ和I分別為應力張量和單位二階張量，Tr為張量求跡運算符；G和λ分別為剪切模量和Lame常數，由彈性模量E和泊松比v計算獲得：G＝E/2(1+v),λ＝Ev/[(1+v)(1-2v)]；

屈服函數及流動法則如下式：

其中為塑性應變率，p為等效塑性應變，f為屈服函數，r(p)為各向同性硬化函數，χ為背應力張量，σ′和χ′分別為應力張量和背應力張量的偏應力分量，σ₀為初始屈服應力，x為macauley括號，m為率敏感系數，K為粘應力常數，為各向同性硬化率，b和Q為各項同性硬化參數，c₁和c₂,為非線性隨動硬化模型的直接硬化模量，γ₁和γ₂為動態恢復系數。

4.根據權利要求1所述的基于EBSD表征和晶體塑性的疲勞微裂紋擴展預測方法，其特征在于：所述步驟(4)中，使用Python腳本批量讀取EBSD表征獲得的晶粒取向信息，為多晶代表性體積單元各晶粒批量賦予材料屬性，提取代表性體積單元平均應力應變響應，以數據點差的平方和為優化目標，確定晶體塑性本構模型參數。