[发明专利]焊接热循环温度与热变形历史材料本构关系建立方法及MSC.MARC二次开发

说明书

技术领域

本发明涉及焊接热循环温度与热变形历史材料本构关系建立方法及MSC.MARC二次开发，属于弹塑性力学的有限元数值模拟领域。

背景技术

材料的本构模型是焊接过程-机械耦合模拟的关键影响因素之一，决定着焊接应力和变形数值模拟的精度。在热处理强化金属和冷作硬化金属的焊接过程中，焊接热历史造成材料性能变化，即焊接过程的材料本构关系因材料类别而异。焊接过程中涉及到的材料力学本构关系，包括金属变形中常见的蠕变变形、应变硬化性质，以及与材料内部微观组织变化直接相关的力学性质演变，如第二相脱溶析出、退火、马氏体相变引起的相变塑性、扩散型相变引起的体积膨胀或收缩等。材料力学性能的变化显著影响焊接过程应力，应变的演变和最后残余应力和变形的分布。因此，需考察材料机械性能的温度和变形历史依赖性，以提高仿真精度。然而，在大多数焊接过程数值模拟中，所用材料模型并没有考虑到焊接历史对材料性能的影响。

目前，MSC.MARC成为热加工领域使用面最广泛的有限软件之一。采用有限元软件MSC.MARC定义材料模型有两方面问题，一是实验数据庞杂，如大量的不同温度下的应力-应变曲线通过三维表格方式添加比较困难；另外，该软件可施加的应变硬化类型只有等向硬化，而随动硬化和混合硬化的定义均为无效命令，因此，无法通过现有的模型灵活地施加与组织变化等有关的真实的材料本构关系。

发明内容

本发明为解决目前无法通过现有模型灵活地施加与组织变化等有关的真实的材料本构关系的问题，进而提出一种焊接热循环温度与热变形历史材料本构关系建立方法及MSC.MARC二次开发。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明所述材料本构关系的建立方法的具体步骤如下：

步骤一、混合硬化是等向硬化和随动硬化的加权和，设定等向硬化和随动硬化的加权系数均为0.5，等向硬化特征采用幂指数硬化规律表达为：

σ=Eε  0<σ<σ_S          ①

σ=σ_S+m(ε^pl)ⁿ  σ>σ_S   ②

公式①②中σ为应力，ε为应变，σ_s为初始屈服强度，E为杨氏模量，ε^pl为等效塑性应变，m为材料常数，n是材料成形的参数；

步骤二、采用普拉格双线性随动硬化模型表达式：

db_ij=Cdε_ij^pl  ③

公式③中b_ij为背应力，ε_ij^pl为塑性应变张量，C普拉格硬化模型常数；

步骤三、由单轴拉伸应力应变关系和冯·米塞斯屈服条件可知，普拉格硬化模型常数C和塑性模量之间存在以下关系：

C=23Ep]]>④

公式④中E_p为塑性模量；

冯·米塞斯屈服条件为：

f=J2-σy23]]>

其中f为加载函数，为偏应力的第二不变量，S_ij为偏应力张量，σ_y为材料的后继屈服强度；如果f≥0，发生弹塑性变形或者塑性变形，如果f＜0，发生弹性变形；

步骤四、采用Ziegler模型，内变量背应力与S_ij-b_ij成正比关系：