申请/专利权人：华东理工大学

申请日：2021-07-28

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN113792446B

主分类号：G06F30/23

分类号：G06F30/23;G06F119/02;G06F119/04;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2021.12.31#实质审查的生效;2021.12.14#公开

摘要：本发明提供一种基于晶体塑性理论的蠕变疲劳剩余寿命评定方法，包括：通过ABAQUS有限元软件编译基于位错密度的晶体塑性本构方程；确定晶体塑性本构方程的材料参数；对待测材料代表性体积单元进行晶体塑性有限元模拟，获得待测材料在不同蠕变疲劳工况下的力学响应；提取待测材料代表性体积单元在每个循环周次下的累积能量耗散，确定待测材料的局部能量耗散体积占比和待测材料的容许蠕变损伤和容许疲劳损伤；绘制三维蠕变疲劳剩余寿命评定图，计算待测材料的蠕变疲劳剩余寿命。本发明的基于晶体塑性理论的蠕变疲劳剩余寿命评定方法，能够更好地实现材料的蠕变疲劳剩余寿命评定，具有直观、可实施评定、精确度高的优点。

主权项：1.一种基于晶体塑性理论的蠕变疲劳剩余寿命评定方法，其特征在于，包括：步骤S1，通过ABAQUS有限元软件的单元用户子程序UEL编译基于位错密度的晶体塑性本构方程；包括：步骤S11，建立晶体塑性本构方程中的流动准则方程如下： 式中，为参考塑性滑移率，k为玻尔兹曼常数，θ为绝对温度，F0为热激活自由能，τα第α滑移系的分解剪切应力，表示为τα＝σ:σ为应力值，sα表示α滑移系的滑移面法向，mα表示α滑移系的滑移方向，表示张量的并矢积，Bα为第α滑移系的背应力，Sα为第α滑移系的滑移阻力，p和q为材料常数；步骤S12，根据所述流动准则方程，在所述晶体塑性本构方程中引入静态回复项的背应力方程如下： 式中，hB为背应力硬化常数，rD为滑移阻力相关动态回复系数，rS为背应力静态回复系数；步骤S13，建立晶体塑性本构方程中的滑移阻力演化方程如下： 式中，表示滑移阻力变化率，μ是剪切模量，b是柏氏矢量，hαβ表明滑移系α和β之间的硬化矩阵，和分别为滑移系β上的统计存储位错的刃型部分、螺型部分和几何必须位错部分，Ke表示晶体在α滑移系上刃型位错产生的系数，Ks表示晶体在α滑移系上螺型位错产生的系数，de和ds分别表示刃型位错和螺型位错的湮灭系数，是滑移方向mα上的纯螺型密度分量，和分别是滑移方向tα和nα上的纯刃型密度分量；步骤S14，建立无位错势垒的临界剪应力方程如下： 式中，为无位错势垒时的临界剪应力，cτ材料常数，n表示滑移系个数；步骤S2，拟合蠕变疲劳迟滞回线以确定所述晶体塑性本构方程的材料参数；步骤S3，根据所述晶体塑性本构方程以及所述晶体塑性本构方程的材料参数，对待测材料代表性体积单元进行晶体塑性有限元模拟，获得待测材料在不同蠕变疲劳工况下的力学响应；步骤S4，提取待测材料代表性体积单元在每个循环周次下的累积能量耗散，确定待测材料的局部能量耗散体积占比以及待测材料的容许蠕变损伤和容许疲劳损伤；其中，所述确定待测材料的局部能量耗散体积占比的方法包括：步骤S41，根据所述步骤S3中待测材料代表性体积单元的晶体塑性有限元模拟结果，提取待测材料在蠕变疲劳保载时间前后的累积能量耗散如下： 式中，W为累积能量耗散，α表示α滑移系，τα为第α滑移系的分解剪切应力，为参塑性滑移率，n为滑移系个数，t为时间；步骤S42，根据所述步骤S41中的累积能量耗散，计算待测材料的局部能量耗散体积占比如下： 式中，VLED为局部能量耗散体积，表示归一化的局部能量耗散体积，VLED,crit为局部能量耗散体积的临界值，A和E分别是代表性体积单元中的局部累积能量耗散面积和相应单元个数；步骤S5，以所述容许蠕变损伤和所述容许疲劳损伤为基本坐标轴，以所述局部能量耗散体积占比为第三轴，绘制三维蠕变疲劳剩余寿命评定图，计算待测材料的蠕变疲劳剩余寿命。

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