[发明专利]一种获取镍基单晶各向异性材料参数的反演方法

说明书

本发明公开了一种获取镍基单晶各向异性材料参数的反演方法，包括以下步骤：通过光滑试件获取镍基单晶材料[001]向工程应力‑工程应变曲线，并将其转化为[001]向真应力‑真应变曲线；建立[001]向双线性本构模型；建立三种缺口试件的有限元模型；选用广义Hill材料模型，定义各方向材料参数都为[001]向的参数；进行计算，完成后导出端面处的载荷‑位移曲线，与前述步骤计算命令流；建立ansys批处理程序，将批处理程序、载荷‑位移曲线、计算命令流导入isight软件；在isight软件中优化，获得非[001]向材料参数。本发明提高了材料数据库建立效率，降低了成本。

技术领域

本发明涉及一种获取镍基单晶高温合金各向异性材料参数的反演优化方法,属于高温合金材料力学性能领域。

背景技术

镍基单晶高温合金具有良好的高温性能，广泛的用于高性能航空发动机。如今，为满足提高发动机推重比的需求，具有良好高温综合性能的镍基单晶高温合金大量应用于制造涡轮叶片。然而镍基单晶合金材料具有宏观各向异性的特点，只有确定了其各向异性材料参数才能对镍基单晶材料的塑性变形行为进行有效分析预测，从而进行实际构件的设计分析。

因此，寻求一种确定镍基单晶材料各向异性材料参数的方法具有重要意义。鉴于镍基单晶高温合金宏观各向异性的性能特征，采用传统的光滑试件拉伸试验需要制备多种取向的试样，十分繁琐，且成本高昂。建立一种只需要[001]取向的试件便可获取镍基单晶高温合金各向异性材料参数的方法是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种获取镍基单晶各向异性材料参数的反演方法，以节约获取镍基单晶高温合金各向异性材料参数的试验成本，提高效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种获取镍基单晶各向异性材料参数的反演方法，包括以下步骤：

(1)通过光滑试件获取镍基单晶材料[001]向工程应力-工程应变曲线，并将其转化为[001]向真应力-真应变曲线；

(2)基于步骤(1)得到的[001]向真应力-真应变曲线，将该曲线分为弹性段与塑性段两部分，通过origin软件采用线性拟合的方式建立[001]向双线性本构模型；

(3)通过ansys软件建立三种具有不同类型缺口的缺口试件的有限元模型，而后对有限元模型进行划分网格；

(4)在ansys软件中选用广义Hill材料模型，定义各方向材料参数都为步骤(1)所述的镍基单晶材料[001]向的参数；

(5)在缺口试样的有限元模型一端设置所有方向位移为0的约束，在另一端设置轴向位移1mm的约束，采用大变形有限元法进行计算，完成后导出端面处的载荷-位移曲线；

(6)导出前述步骤(4)～(5)的计算命令流，建立ansys批处理程序，将三种缺口模型的批处理程序、载荷-位移曲线、计算命令流导入isight软件；

(7)在isight软件中设定优化变量为除[001]方向外其它方向材料参数，优化方法选择Hooke-Jeeves，优化目标为三种缺口试件预测载荷-位移曲线与试验载荷-位移曲线的残差最小化，优化结束便可获得非[001]向材料参数。

所述步骤(1)中，光滑试件通过拉伸试验获得镍基单晶材料[001]向工程应力-应变曲线(σ_E-ε_E)，选取最高点前的曲线，由如下变换公式转化为真应力-应变曲线(σ_T-ε_T)；

上式中，σ_E表示工程应力，ε_E表示工程应变，σ_T表示真应力，ε_T表示真应变。