[发明专利]弹性瞬态蠕变条件下考虑拘束效应的蠕变孕育期预测方法

权利要求书

1.弹性瞬态蠕变条件下考虑拘束效应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：缺口后部插入预制裂纹，槽、缺口、预制裂纹在同一平面上，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；

S3：通过蠕变有限元模拟可以获得计算含拘束效应CT试样孕育期所需要的必要参数，在塑性条件下，计算孕育期主要包括以下步骤：

(1)首先计算瞬态蠕变条件下的拘束参量Q_RR，其计算公式为：

(I)中：是利用有限元计算得出的裂纹前沿处的张开应力值，单位是MPa，σ₀是材料的屈服强度，单位是MPa；

(I)中：σ₂₂是利用HRR应力场(塑性裂纹尖端应力场)计算得出的裂纹前沿的张开应力值，单位是MPa，

(Ⅱ)中：r是裂纹后部尖端到裂纹前沿研究点的间距，单位是mm，θ是裂纹尖端角度，是蠕变应变变化率，单位为h^-1，与材料高温蠕变属性有关，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；

(Ⅱ)中：C(t)积分是随时间变化的高温断裂参量，单位为MPa·mm·(h)^-1，计算公式：

其中：t是时间，单位是h，C*是利用有限元计算得出的高温断裂参量，单位为MPa·mm·(h)^-1，E′是有效弹性模量：E'＝E/(1-ν²)，E是弹性模量，ν是泊松比，K是应力强度因子，单位为MPa·(m)^0.5，计算公式：

(Ⅲ)中：P是主载荷，单位为N；B是试样厚度，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，

(2)计算瞬态蠕变等效应力其计算公式为：

(Ⅳ)中：σ₁₁是利用RR应力场计算得出的裂纹前沿的应力值，单位是MPa，

其中：是与θ和n有关的无量纲函数；

(3)利用MATALAB软件计算转换时间t_K-RR：在此时刻满足：

弹性阶段损伤累计值：

(Ⅴ)中：弹性等效应力其计算公式为：

其中：是与裂纹尖端角度θ和泊松比ν有关的无量纲函数；

(Ⅴ)中：MSF_K为弹性条件下多轴应力因子，根据Cocks and Ashby关系式计算：

其中：n为无量纲的蠕变应力硬化指数，sinh是双曲正弦函数，h_k为弹性应力三轴度，在弹性应力状态下：

其中：θ是裂纹尖端角度，ν是泊松比；

(4)然后利用MATALAB软件计算瞬态蠕变应力场下孕育期时间t_i，其计算公式为：

(Ⅵ)中：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，单位为mm，即蠕变萌生发生的临界距离，

(Ⅵ)中：MSF_RR为塑性条件下多轴应力因子，根据Cocks and Ashby关系式计算：

sinh是双曲正弦函数，h_RR为瞬态蠕变应力三轴度，在塑性应力状态下：

其中：和是与θ和n有关的无量纲函数。

2.根据权利要求1所述的弹性瞬态蠕变条件下考虑拘束效应的蠕变孕育期预测方法，其特征在于：d取所研究材料的晶粒尺寸。

3.根据权利要求1所述的弹性瞬态蠕变条件下考虑拘束效应的蠕变孕育期预测方法，其特征在于：所述C*的有限元模拟采用ABAQUS6.14进行计算模拟，C*的提取过程包括以下步骤：

(1)首先建立主载荷拉伸加载的CT试样的有限元模型，在材料属性模块里设置高温下的弹性塑性蠕变参数，在网格模块划分网格，在接触模块里设置拉伸销子与销孔的刚性接触，并在模型中插入预制裂纹，在分析步模块里设置好输出参量：应力值、断裂参量J积分值，在载荷模块里设置拉伸载荷，以及拘束条件：包括对称条件和固定条件；

(2)在作业模块提交任务计算，获得含有蠕变拉伸实验计算结果，结果文件中，从历史变量中可以获取断裂参量C*，在场变量可以获取应力值