[发明专利]高铬钢构件高温氧化腐蚀的连续损伤预测方法及系统

权利要求书

1.一种高铬钢构件高温氧化腐蚀的连续损伤预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

构建扩散-反应连续性损伤模型，所述扩散-反应连续性损伤模型包括扩散-反应方程与损伤演化方程；

确定扩散-反应方程与损伤演化方程的参数；

将确定参数后的扩散-反应连续性损伤模型植入预设软件进行运行，实现对高铬钢构件高温氧化腐蚀的连续损伤预测。

2.根据权利要求1所述的一种高铬钢构件高温氧化腐蚀的连续损伤预测方法，其特征在于，所述扩散-反应连续性损伤模型基于以下方程进行构建：

扩散定律：

扩散系数：P(D)＝P_met+(P_oxi-P_met)D²；

质量反应定律：

氧化损伤变量：

其中，U为自由氧的量，P为扩散系数，D表示在局部材料点处被氧化的金属的分数，称为氧化损伤变量，为空间梯度算子，C为自由氧的浓度，n为微小表面积的法向矢量，P_oxi和P_met分别为氧化物和金属中氧的扩散系数，C^*表示反应氧的浓度，代表高铬钢中反应氧的最大浓度的材料参数，t表示时间；b代表反应阶数，k代表反应速率。

3.根据权利要求2所述的一种高铬钢构件高温氧化腐蚀的连续损伤预测方法，其特征在于，所述扩散-反应方程为：

所述损伤演化方程为：

其中，x、y和z分别代表三维空间上的坐标。

4.根据权利要求3所述的一种高铬钢构件高温氧化腐蚀的连续损伤预测方法，其特征在于，所述构建扩散-反应连续性损伤模型，包括：

构建三维的扩散-反应连续性损伤模型，对三维的扩散-反应连续性损伤模型进行简化处理后，获得一维的扩散-反应连续性损伤模型；

其中，一维的扩散-反应连续性损伤模型的扩散-反应方程为：

5.根据权利要求4所述的一种高铬钢构件高温氧化腐蚀的连续损伤预测方法，其特征在于，获得最终的扩散-反应连续性损伤模型如下所示：

其中，C₀为外部氧气浓度，P₁为氧气在高铬钢样品与外部空间之间的传递系数，L为试样的长度。

6.根据权利要求5所述的一种高铬钢构件高温氧化腐蚀的连续损伤预测方法，其特征在于，所述确定扩散-反应方程与损伤演化方程的参数，包括：

对扩散-反应方程进行离散化处理，对损伤演化方程进行积分处理；

结合预设的实验数据和收敛值，对扩散-反应方程和损伤演化方程进行循环迭代处理，获得扩散-反应方程与损伤演化方程的参数。

7.根据权利要求6所述的一种高铬钢构件高温氧化腐蚀的连续损伤预测方法，所述损伤演化方程积分处理后的方程为：

8.根据权利要求7所述的一种高铬钢构件高温氧化腐蚀的连续损伤预测方法，其特征在于，所述预设软件为ANSYS软件，所述将确定参数后的扩散-反应连续性损伤模型植入预设软件进行运行，包括：

将扩散-反应连续性损伤模型输入ANSYS软件进行运算；

在运算过程中，所述扩散-反应连续性损伤模型中的每个积分点将调用ANSYS软件的UserMatTh子程序进行运算，运算过程包括数据输入、计算输入输出-变量和输出变量，以及数据输出；

所述数据输入包括：在ANSYS软件的有限元模拟的每个时间增量步中，将温度、温度梯度以及材料点处的时间和温度增量输入到UserMatTh子程序中；

所述计算输入输出-变量和输出变量包括：在UserMatTh子程序中，采用后向差分法求解损伤演化方程，获得状态变量D的值；基于状态变量D的值，计算出热通量向量、热通量的变化率、空间梯度和热源；

所述数据输出包括：输入-输出变量和输出变量将传递给ANSYS软件，继续进行下一次计算。