[发明专利]基于Abaqus平台疲劳损伤与寿命评估方法

权利要求书

1.一种基于Abaqus平台疲劳损伤与寿命评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立材料微观-宏观尺度耦合疲劳损伤与寿命评估模型；

S2、通过疲劳损伤及寿命评估模型评估材料微观-宏观尺度耦合疲劳损伤与寿命；

所述步骤S1的具体步骤为：

S11、基于实际工程问题建立宏观几何模型；

S12、在考虑材料微观结构特征的基础上选取代表性区域利用Voronoi算法建立微观子模型；

S13、在宏观几何模型和微观子模型的基础上分别建立基于宏观模型的均匀弹-塑性模型和考虑材料微观特性的晶体塑性基弹-塑性本构模型；

S14、通过晶体塑性基弹-塑性本构模型计算所选区域的微观损伤增量，并通过累积损伤变量值计算均匀弹-塑性模型的宏观损伤增量；

S15、通过微观损伤增量和宏观损伤增量判断微观子模型和宏观模型是否失效，当模型失效时，进入步骤S16，否则进入步骤S17；

S16、考虑微观损伤增量和宏观损伤增量建立疲劳损伤及寿命评估模型；

S17、直接建立不考虑疲劳损伤的寿命评估模型；

所述步骤S14中微观损伤增量的计算公式为：

上式中，D_micro为微观损伤增量，λ为裂纹萌生长度比值，为平均应力，β和m为材料敏感参数，t为时间；

所述宏观损伤增量的计算公式为：

上式中，D_macro为宏观损伤增量，N为晶粒数量；

所述步骤S16中疲劳损伤及寿命评估模型为：

上式中，N_f为疲劳寿命，N_micro为微观裂纹萌生扩展寿命，N_macro为宏观稳态裂纹扩展寿命，γ_s为材料表面自由能，Δγ_p为塑性剪切应变增量，Δτ为剪切应力增量，t_m为最大驻留滑移带PSB宽度，f为能量有效系数，n、α、β和m均为材料参数，σ_a和σ_m分别为应力幅和平均应力，E和E₀分别为损伤后和损伤钱的弹性模量，σ为应力，v为裂纹扩展速度。

2.根据权利要求1所述的基于Abaqus平台疲劳损伤与寿命评估方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤为：

S21、根据金属材料的晶格类型，确定疲劳损伤及寿命评估模型的求解变量个数n；

S22、选择迭代变量和收敛及精度控制参数，基于线性算法获得弹-塑性模型的迭代初始值；

S23、基于非线性算法或快速博里叶变换算法计算塑性基弹-塑性本构模型第n步的迭代变量，并通过欧拉积分获得第n+1步的迭代变量和一致切线刚度矩阵；

S24、基于n+1步的迭代变量和一致切线刚度矩阵评估微观-宏观尺度耦合疲劳损伤与寿命。

3.根据权利要求2所述的基于Abaqus平台疲劳损伤与寿命评估方法，其特征在于，所述步骤S21中的晶格类型包括面心立方金属材料、体心立方金属材料和密排立方金属材料，所述面心立方金属材料的求解变量个数为12，所述体心立方金属材料的求解变量个数为48，所述密排立方金属的求解变量个数为6。