[发明专利]一种变载荷历程下的蠕变损伤计算方法

权利要求书

1.一种变载荷历程下的蠕变损伤计算方法，其特征在于：通过引入蠕变损伤容限参数λ，将材料的宏观蠕变变形与微观的损伤形式进行关联，同时运用载荷因子Φ将加载过程考虑到损伤计算中，建立变载荷蠕变损伤计算模型，其表达式为：

上式中，为损伤指数，下标n表示第n级加载，Δλ_n为蠕变损伤容限参数增量，λ_f,n为断裂时的蠕变损伤容限参数，下标f表示断裂状态，n为第n级加载条件下的参数；

所述变载荷历程下的蠕变损伤计算方法包括以下步骤：

(1)根据单轴蠕变试验获得材料不同温度和应力下的蠕变应变-时间曲线、最小蠕变速率断裂蠕变应变和断裂寿命t_f；

(2)选择蠕变本构方程，通过单轴蠕变试验拟合得到材料的蠕变本构参数；

其中，蠕变本构方程为：

式中：ε^c为蠕变应变，σ为应力，t、t_f分别为蠕变时间和材料在指定温度、应力下的断裂寿命，k、η、α均为应力和温度相关的材料参数，当各试验条件下的温度相同时k＝c₁+c₂σ、η＝c₃+c₄σ、α＝c₅+c₆σ，c_1-6为材料的蠕变本构参数；

(3)根据两级变载荷蠕变试验数据拟合得到

中的参数A，B；

上式中，为损伤指数；Φ_n为第n级载荷因子；σ_n为第n级加载条件下的应力；T_n为第n级加载条件下的温度；为第n级加载条件下的单轴蠕变试验的最小蠕变速率，上标c表示蠕变，下标m表示最小的速率，下标n表示第n级加载条件；A和B为通过试验数据拟合的常数；

(4)通过材料多级变载荷蠕变试验，记录每一级载荷产生的变形增量；

(5)根据式(1)计算材料多级变载荷蠕变试验前n-1级产生的蠕变损伤，即为等效到第n级载荷条件下前n-1级所产生的蠕变损伤；

(6)根据式(1)，若知道第n级载荷作用的时间，能够预测第n级载荷作用下材料产生的变形量，若第n级载荷加载直至断裂，则能够预测该级载荷作用的时间。

2.根据权利要求1所述的变载荷历程下的蠕变损伤计算方法，其特征在于：所述步骤(1)中，获得材料的蠕变应变-时间曲线后，通过求导得到最小蠕变速率

3.根据权利要求1所述的变载荷历程下的蠕变损伤计算方法，其特征在于：所述步骤(2)中，通过步骤(1)获得的蠕变应变-时间曲线，拟合得到蠕变本构方程中材料的蠕变本构参数，并通过蠕变本构方程建立最小蠕变速率的表达式；

通过Monkman-Grant参数建立最小蠕变速率和断裂寿命之间的关系：

上式中，γ、C_MG分别为材料常数和Monkman-Grant常数，t_f为单轴蠕变断裂寿命，下标f表示断裂状态。

4.根据权利要求1所述的变载荷历程下的蠕变损伤计算方法，其特征在于：所述步骤(3)中，将式(1)简化为两级加载情况下，则为：

若上式均表示为应变的表达形式则：

上式中，分别表示第一和第二级加载条件下试样产生的蠕变应变增量，上标c表示蠕变状态，下标1，2分别表示第一和第二级加载条件；分别表示第一和第二级加载条件下单轴蠕变试验的断裂蠕变应变，上标c表示蠕变状态，下标f表示断裂状态，1，2表示第一和第二级加载条件；分别表示第一和第二级加载条件下单轴蠕变试验的最小蠕变应变速率，上标c表示蠕变状态，下标m表示最小速率，1，2表示第一和第二级加载条件；t_f,1,t_f,2分别表示第一和第二级加载条件下单轴蠕变试验的蠕变寿命，下标f表示断流，1，2表示第一和第二级加载条件；

根据两级变载荷蠕变试验和单轴蠕变试验数据，即可拟合得到A，B参数并计算出指数的值。