[发明专利]一种基于DIC技术的焊接接头蠕变变形预测方法

说明书

一种基于DIC技术的焊接接头蠕变变形预测方法，包括以下步骤：S1、加工焊接接头试样；S2、对试样施以恒定的加载应力水平，利用DIC技术在若干个离散时刻测量试样轴向应变场数据；S3、提取出母材、焊缝和焊接热影响区的蠕变轴向应变值；S4、改变蠕变试验的加载应力水平，重复步骤S2‑S3，获取蠕变轴向应变数据对；S5、构建材料蠕变本构模型，将已获得的蠕变轴向应变数据对拟合到蠕变本构模型中，分别获得针对母材、焊缝和焊接热影响区的蠕变本构模型参数的最佳估计；S6、将蠕变本构模型参数别代入蠕变本构模型中，预测出焊接接头的母材、焊缝和焊接热影响区在不同应力水平下的蠕变变形。该发明实现了对真实焊接接头不同区域蠕变变形的同时表征与预测。

技术领域

本发明属于材料高温力学行为领域，具体涉及一种基于DIC技术的焊接接头蠕变变形预测方法。

背景技术

焊接接头广泛应用于过程工业、航空航天、核电等重要工业领域，由于微观组织与力学性能不均匀性，它通常是影响高温结构完整性的薄弱环节。对于在高温条件下运行的关键结构件，蠕变是在结构设计与运行时必须重点关注的失效模式之一，因为材料在长时服役过程中会发生缓慢变形。由于焊接接头包括母材(BM)、焊缝(WM)和焊接热影响区(HAZ)等不同区域，准确表征焊接接头各个区域的蠕变变形，对于预测焊接接头乃至焊接结构的高温蠕变行为至关重要。但由于焊接热影响区宽度较窄，难以从焊接接头中获取具有代表性的蠕变试样，所以往往采用热模拟方法来获得与焊接热影响区组织相似的材料，但这种方法具有较大的经验性和不确定性，加之拘束效应的存在，它也难以代表真实焊接接头的热影响区状态。所以，准确预测焊接接头高温蠕变变形一直是困扰工程界的难题，例如美国ASME BPVC规范中用经验性的焊缝强度减弱系数来表示焊接接头性能的状况。另一方面，近年来数字图像相关技术(DIC)虽已被用于测量焊接接头全场变形，但由于这种技术所获得的焊接接头高温蠕变变形数据是非均匀性的，而目前缺乏一种从复杂的、海量的焊接接头蠕变变形测量数据中提取出母材、焊缝和焊接热影响区的蠕变变形数据的方法。

发明内容

为了能够从复杂的、海量的焊接接头蠕变变形测量数据中提取出母材、焊缝和焊接热影响区的蠕变变形数据，为此，本发明提供一种基于DIC技术的焊接接头蠕变变形预测方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于DIC技术的焊接接头蠕变变形预测方法，包括以下步骤：

S1、加工焊接接头试样；

S2、对试样进行蠕变试验，对试样施以恒定的加载应力水平σ，同时利用DIC技术在若干个离散时刻测量试样轴向应变场数据；

S3、根据分区引伸计法和平均化理论，利用由步骤S2获得的蠕变轴向应变场数据提取出母材、焊缝和焊接热影响区的蠕变轴向应变值；

S4、改变蠕变试验的加载应力水平σ，重复步骤S2-S3，获取在指定加载应力水平σ_k(k＝1,2,...,p)下试样母材、焊缝和焊接热影响区的蠕变轴向应变数据对；

S5、构建材料蠕变本构模型，将已获得的蠕变轴向应变数据对拟合到蠕变本构模型中，分别获得针对母材、焊缝和焊接热影响区的蠕变本构模型参数的最佳估计和

S6、将蠕变本构模型参数和分别代入蠕变本构模型中，即可预测出焊接接头的母材、焊缝和焊接热影响区在不同应力水平下的蠕变变形。

本发明的优点在于：

(1)本发明利用DIC技术在若干个离散时刻测量焊接接头试样的变形，进而根据平均化方法得到该离散测量时刻的应变场，降低了因高温热流扰动产生的测量噪声。提出基于分区引伸计和平均化理论的焊接非均匀蠕变变形表征方法，从复杂的、海量的焊接接头蠕变变形测量数据中提取出母材、焊缝和焊接热影响区的蠕变变形数据，解决了焊接热影响区蠕变变形表征难题，实现了对真实焊接接头不同区域蠕变变形的同时表征与预测。