[发明专利]弹性条件下考虑与载荷无关的拘束参量的蠕变孕育期预测方法

权利要求书

1.一种弹性条件下考虑与载荷无关的拘束参量的蠕变孕育期预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：建立弹性条件下含拘束效应高温结构的蠕变孕育期预测模型，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，槽、缺口在同一平面上，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称设置，分别设置在槽的上下两端；

S2：首先在缺口处插入预制裂纹，预制裂纹、槽、缺口在同一平面上，以进行蠕变试验；

S3：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；

S4：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，在弹性条件下，计算孕育期主要包括以下步骤：

(1)首先计算弹性条件下的拘束参量Q^*_K，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，C*积分是利用有限元计算得出的高温断裂参量，单位为MPa·mm·(h)^-1，L是标量距离，取1mm，I_n是与n有关的无量纲函数，n是无量纲的蠕变应力硬化指数，是蠕变应变变化率，单位为h^-1，与材料高温蠕变属性有关；

(Ⅰ)中：σ₂₂是利用弹性应力场计算得出的裂纹前沿的张开应力值，单位是MPa，

其中：r是裂纹后部尖端到裂纹前沿研究点的间距，单位是mm,f₂₂(θ)是与θ有关的无量纲函数，θ是裂纹尖端角度；

K是应力强度因子，单位为MPa·(m)^0.5，计算公式：

其中：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；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，f₂₂(θ)是与θ有关的无量纲函数，

(2)计算等效应力单位是MPa，其计算公式为：

其中：是与θ有关的无量纲函数，

(3)然后计算弹性应力场下孕育期时间t_i^K，其计算公式为：

(Ⅲ)中：n是无量纲的蠕变应力硬化指数，ε_crit是单轴蠕变韧性，与材料属性有关，单位为1，是蠕变应变变化率，单位为h^-1，与材料高温蠕变属性有关,

(Ⅲ)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：

其中平均应力单位是MPa，其计算公式为：

其中：σ₁₁,σ₂₂和σ₃₃是利用K应力场计算得出的裂纹前沿的应力值，单位是MPa，

其中：f₁₁(θ)，f₂₂(θ)，f₃₃(θ)是与θ有关的无量纲函数，θ是裂纹尖端角度。

2.如权利要求1所述的一种弹性条件下考虑与载荷无关的拘束参量的蠕变孕育期预测方法，其特征在于：裂纹后部尖端到裂纹前沿研究点的间距r取d，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，即蠕变萌生发生的临界距离。

3.如权利要求2所述的一种弹性条件下考虑与载荷无关的拘束参量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。

4.如权利要求1所述的一种弹性条件下考虑与载荷无关的拘束参量的蠕变孕育期预测方法，其特征在于：所述有限元模拟采用ABAQUS6.14进行计算模拟，C*积分值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弹性蠕变参数，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C*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，从场变量可以获取应力值从历史变量可以提取断裂参量C*积分值。