[发明专利]塑性瞬态蠕变条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法

权利要求书

1.塑性瞬态蠕变条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：建立模型：所述模型包括CT试样本体，所述CT试样本体的中部前端设有槽，槽的后部设有缺口，CT试样本体上还设有上主载荷销孔、下主载荷销孔，上主载荷销孔、下主载荷销孔上下对应设置，分别设置在槽的上下两端；

S2:首先利用上圆销、下圆销对CT试样本体的上下两端进行预定大小的压缩加载，然后释放上圆销、下圆销，会在CT试样本体的缺口附近产生残余应力分布；

S3:在含有残余应力的缺口处插入预制裂纹，以进行蠕变试验；

S4:利用销子在上主载荷销孔、下主载荷销孔施加主载荷，进行高温蠕变试验；

S5：通过蠕变有限元模拟可以获得计算含残余应力CT试样孕育期所需要的必要参数，在塑性瞬态蠕变条件下，研究点的初始应力是塑性应力状态，到达转换时间t_HRR-RR后进入到瞬态蠕变应力状态，计算孕育期主要包括以下步骤：

(1)首先计算复合加载下的应力强度因子，其计算公式为：

(Ⅰ)中：

其中：是模拟计算的只含有残余应力下的应力强度因子，单位为MPa·(m^1/2)；是主载荷应力强度因子，单位为MPa·(m^1/2)；P是主载荷，单位为N；B是试样厚度，单位为mm，B_n是试样净厚度，B_n＝B，单位为mm；a/W是预制裂纹长度比率,a是预制裂纹长度，采用上主载荷销孔圆心到预制裂纹后端的水平直线距离，单位为mm；W是名义试样宽度，采用上主载荷销孔圆心到CT试样本体后端的水平直线距离，单位为mm；f(a/W)是CT试样几何系数，只与a/W有关；V是无量纲的塑性相关项，计算如下：

(Ⅱ)中:V₀是无量纲参量，

是塑性残余应力强度因子，单位为MPa·(m^1/2)；是模拟计算的只含有残余应力下的应力强度因子，单位为MPa·(m^1/2)，利用J_S计算，J_S是残余应力场下断裂参量，单位为MPa·m：

其中：E′是有效弹性模量：E'＝E/(1-ν²)，E是弹性模量，ν是泊松比，和J_S都利用有限元模拟结果提取；

(Ⅱ)中:L_r是无量纲参量，描述主载荷幅度：

其中：σ_y是屈服强度，单位为MPa；是主载荷参考应力，单位为MPa，用下式计算：

其中：n_L为无量纲裂纹深宽比参数，通过下式计算:

常数

(Ⅱ)中:

其中：是主载荷应力强度因子，单位为MPa·(m^1/2)，是塑性主载荷应力强度因子，单位为MPa·(m^1/2)；利用有限元模拟结果计算：

(Ⅱ)中:β描述残余应力的幅度，是无量纲参量；

是二次载荷参考应力，单位为MPa，利用有限元模拟计算；

(Ⅱ)中:Z为无量纲的弹性追随因子，从有限元模拟结果中提取出应力应变关系，取等效蠕变应变增量与等效弹性应变增量的比值：

(2)计算稳态蠕变复合应力场下C*积分数值，其计算公式为：

其中:A是蠕变硬化系数，单位为MPa^-n·h^-1，K_I是复合应力强度因子，单位为MPa·(m^1/2)，是初始参考应力，单位为MPa；

(3)然后转化时间t_HRR-RR，其计算公式为：

(Ⅲ)中:σ_P0是标准化应力，单位为MPa，ε_P0是标准化应变，单位为1，α为应变硬化系数，N为应变硬化指数，是蠕变应变变化率，单位为h^-1，与材料高温蠕变属性有关，τ是再分布时间，单位为h，从有限元提取，n为无量纲的蠕变应力硬化指数，I_n是与n有关的无量纲函数，是与θ和n有关的无量纲函数，是与θ和N有关的无量纲函数，d是判定蠕变萌生发生时裂尖前蠕变损伤达到1所延伸的距离，单位是mm，即蠕变萌生发生的临界距离；

(4)最后塑性瞬态蠕变条件下孕育期时间t_i^HRR-RR，其计算公式为：

(Ⅳ)中：ε_crit是单轴蠕变韧性，与材料属性有关，单位为1，MSF_RR为瞬态蠕变条件下多轴应力因子，根据Cocks and Ashby关系式计算：

其中：sinh是双曲正弦函数，h_RR为稳态蠕变应力三轴度，在稳态蠕变状态下：

θ是裂纹尖端角度，单位为°，n是无量纲的蠕变应力硬化指数，和是与θ和n有关的无量纲函数；

(Ⅳ)中：是在弾性应力阶段所累积的损伤值：

其中：C(t)是反映瞬态蠕变过程的载荷环路积分值，单位为MPa·mm·(h^-1)，利用参考应力法计算：

(Ⅴ)中：σ_ref是总参考应力，单位为MPa，利用以下积分式计算：

其中：是总参考应变速率，单位为h^-1，是主载荷参考应变速率，单位为h^-1，

(Ⅴ)中：ε_ref是总参考应变，利用下式计算：

ε_ref＝ε⁰_ref+A∫σⁿ_refdt

其中：ε⁰_ref是初始参考应变，ε⁰_ref通过有限元模拟提取。