[發明專利]一種固體顆粒沖擊材料沖蝕損傷演化的預測方法

在審

• 申請號: 202310274190.5
• 申請日: 2023-03-20
• 公開（公告）號: CN116306145A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 蔡柳溪;侯燕芳;姚佳偉;李云;王順森
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10;G06F119/02;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

1.一種固體顆粒沖擊材料沖蝕損傷演化的預測方法，其特征在于，包括：

1)構造Model，獲取沖蝕材料的沖蝕特性參數；

2)在Model中建立靶材Part，再對靶材進行網格劃分，確定靶材的分析步；

3)在Model中進行若干顆粒的參數化建模，并對所述顆粒進行網格劃分；

4)基于沖蝕材料的沖蝕特性參數，針對顆粒及靶材設定相互作用、載荷及邊界條件，所述沖蝕材料包括顆粒及靶材；

5)通過若干顆粒同時隨機沖擊靶材的表面；

6)進行靶材表面的微觀力學及形貌分析。

2.根據權利要求1所述的固體顆粒沖擊材料沖蝕損傷演化的預測方法，其特征在于，步驟1)的具體過程為：

采用交互式輸入方法，設定沖擊速度及角度、循環撞擊次數、一次沖擊顆粒的數目N1以及顆粒的粒徑范圍，采用構造函數的方法構造Model，存儲顆粒的機械性能參數；

靶材采用Johnson-Cook材料損傷模型來描述材料沖蝕過程中的流動應力行為；采用應變累積失效作為材料的失效模型，模擬沖蝕過程中的材料去除。

3.根據權利要求2所述的固體顆粒沖擊材料沖蝕損傷演化的預測方法，其特征在于，Johnson-Cook材料損傷模型的Johnson-Cook損傷參數D為：

其中，為等效塑性應變增量，為破壞應變。

4.根據權利要求2所述的固體顆粒沖擊材料沖蝕損傷演化的預測方法，其特征在于，步驟2)中在Model中建立靶材Part，再對靶材進行網格劃分的具體過程為：

基于ABAQUS軟件平臺進行材料沖蝕的有限元模擬，使用Python腳本語句將靶材的特征尺寸與顆粒的特征尺寸相關聯，建立靶材三維幾何模型，并對所述靶材三維幾何模型進行網格離散化，通過顆粒的投影面積及數目確定靶材的長度及寬度。

5.根據權利要求2所述的固體顆粒沖擊材料沖蝕損傷演化的預測方法，其特征在于，步驟2)中確定靶材的分析步的具體過程為：

采用ABAQUS/Explicit求解器進行求解，創建顯示動力學分析步Step-1，根據Hertz接觸理論計算接觸時間并確定分析步長度。

6.根據權利要求5所述的固體顆粒沖擊材料沖蝕損傷演化的預測方法，其特征在于，所述分析步長度t_timp為：

k_eq＝K₀ED^1/2b_max^1/2????(3)

其中，m為顆粒的質量，V₀為顆粒撞擊靶材表面的瞬時速度，K₀為常數，E為靶材的楊氏模量，D為剛性顆粒的直徑，R為剛性顆粒的半徑，ρ為顆粒密度，k_eq為顆粒的線性剛度，b為壓痕深度。

7.根據權利要求5所述的固體顆粒沖擊材料沖蝕損傷演化的預測方法，其特征在于，步驟3)的具體過程為：

根據服役環境，確定參與沖蝕的顆粒的幾何特征參數，所述幾何特征參數包括顆粒尺寸分布及形狀，典型沖蝕顆粒形狀包括片狀、多面體形及球形；

當沖蝕物為片狀顆粒時，則執行Sa方法進行片狀顆粒的參數化建模；當沖蝕物為球形顆粒時，則執行Sb參數化建模方案；當沖蝕物為多面體顆粒時，則執行Sc參數化建模方案。