[发明专利]高温材料应力松弛剩余应力和损伤的预测方法

说明书

技术领域

本发明属于材料试验和工程结构强度设计技术领域，具体涉及一种将材料的高温蠕变试验数据转换为高温应力松弛数据的方法，尤其是连续损伤原理基础上的高温应力松弛剩余应力和损伤的预测方法。 

背景技术

高温紧固件服役期间表现为性能蜕化(损伤)的特征，当损伤累积至一定程度会导致接头系统发生泄漏，甚至发生断裂等严重的灾难性事故。为了评估和预测高温螺栓的松弛性能，通常的做法是进行长时应力松弛试验，从而导致能源、人力、材料的大量耗费。蠕变是高温构件设计的重要内容，松弛则在本质上可看作由无数个微小时间单元内恒应力蠕变过程的组合，蠕变数据隐含了应力松弛的相关信息。于是，建立二者数据之间的关联和转换，则不仅可以减少高温试验量，而且可用易于控制的恒应力试验代替恒应变试验，具有极大的学术意义和工程价值。 

目前采用较多的方法是基于蠕变模型把蠕变试验数据转换为松弛数据。这种方法的主要缺点是它们需要蠕变断裂应变数据，而该数据通常具有较大的分散性，极大影响了松弛转换结果，导致预测精度低下。连续损伤原理用一个损伤变量来描述整个损伤过程，从而消除了断裂应变的分散性的影响。然而，目前，针对韧塑性、蠕变和疲劳损伤已建立了较完善的损伤原理，但关于松弛损伤的研究鲜有报道。因此，亟需开拓应力松弛损伤原理的研究这一新途径，发展松弛损伤和剩余应力预测技术。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有转换预测技术中所存在的问题和缺陷，把连续损伤原理引入应力松弛，建立蠕变和应力松弛的精确关联——应力松弛损伤模型，从而实现高温蠕变性能向松弛性能的精确转换。 

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是： 

一种高温材料应力松弛剩余应力和损伤预测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 

1)、直接采集已有的高温部件材料的蠕变性能数据和曲线；或采用圆棒拉伸试样，利用蠕变试验机获得某一温度下的高温部件材料的蠕变性能数据和曲线。 

2)、建立应力松弛连续损伤模型； 

3)、根据步骤1中所获取的蠕变性能数据，拟合出两种应力松弛连续损伤模型相应的材料常数；所述的材料常数包括材料常数K、A、n、m、p、q，和G、B、α、β、δ、φ、

材料弹性模量E直接采用已有的性能数据，或通过测量蠕变实验的加载过程的载荷与应变计算得出； 

4)、应用应力松弛连续损伤模型，进行数值分析和程序计算，预测运行一定时间后的高温构件应力松弛剩余应力和损伤程度。 

进一步地说： 

步骤1)所述材料蠕变性能数据包括：某一温度下的3组以上的蠕变数据。 

更进一步地说： 

所述步骤2)中建立应力松弛连续损伤模型，包括以下步骤： 

a.对应力松弛方程ε₀＝ε_e+ε＝Const(ε₀为总应变，ε_e为弹性应变，ε为蠕变应变)作时间t的微分，并乘以弹性模量E，得到应力松弛微分方程： 

dσ‾dt+Edϵdt=0]]>

式中根据连续损伤原理ω为损伤度；