[发明专利]一种发动机缸盖用铸铝材料本构参数模型建立方法

说明书

本发明公开了一种发动机缸盖用铸铝材料本构参数模型建立方法，属于发动机技术领域，本发明通过建立发动机缸盖热机疲劳分析用材料本构参数模型，可以进行高精度的热机疲劳CAE仿真分析；具体地是通过将材料组合硬化特性分解为运动硬化项参数和各项同性硬化项参数，每个硬化项通过两个参数即可定义，参数获取方式简单，无需迭代即可得到和试验结果吻合较好的材料本构参数，通过由试验测试获得材料各个温度下恒温低周回滞曲线参数后，拟合获得发动机缸盖热机疲劳分析用的材料高低温本构参数。

技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种发动机缸盖用铸铝材料本构参数模型建立方法。

背景技术

汽油机增压技术导致缸盖结构热负荷增加，温度幅值和机械载荷幅值增大，四气门铸铝材料缸盖鼻梁区的热机疲劳开裂失效风险日益凸显，消除这种隐患的最有效手段是在缸盖结构设计阶段进行热机疲劳寿命预测，支撑结构优化设计。热机疲劳寿命预测需要的一大核心是能对发动机热机疲劳循环工况做出有效响应的材料本构模型，来获得危险截面处的应力应变滞后回线。

现有技术通过采用Chaboche统一粘塑性本构模型来确定材料本构关系，包含11项参数，需通过参数初值定义及参数优化拟合，并通过编写UMAT子程序进行应用，方法复杂，收敛效果较差。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种发动机缸盖用铸铝材料本构参数模型建立方法，本发明通过建立发动机缸盖热机疲劳分析用材料本构参数模型，可以进行高精度的热机疲劳CAE仿真分析；具体地是通过将材料组合硬化特性分解为运动硬化项参数和各项同性硬化项参数，每个硬化项通过两个参数即可定义，参数获取方式简单，无需迭代即可得到和试验结果吻合较好的材料本构参数，通过由试验测试获得材料各个温度下恒温低周回滞曲线参数后，拟合获得发动机缸盖热机疲劳分析用的材料高低温本构参数。

本发明通过如下技术方案实现：

一种发动机缸盖用铸铝材料本构参数模型建立方法，具体步骤如下：

步骤一：参照GB-T 15248-2008《金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法》，采用应变控制法循环加载，测试获得发动机常用温度范围下的铸铝材料的恒温低周材料应力-应变回滞曲线、应力-塑性应变回滞曲线、半寿命时应力-应变滞回曲线以及半寿命时的应力-塑性应变滞回曲线；

步骤二：铸铝材料在循环加载时呈现组合硬化特性，该特性包括运动硬化及各向同性硬化；

所述运动硬化项由表示，其中，σ_i表示运动硬化项应力，表示σ_i相对应的运动硬化项塑性应变，参数可由材料半寿命时的应力-塑性应变滞回曲线量取获得；

所述各向同性硬化项由表示，其中，表示各向同性硬化项等效应力，表示相对应的等效塑性应变，参数可由循环应力-塑性应变曲线量取或计算获得；

步骤三：分别选取不同温度，重复步骤一-步骤二，获得铸铝材料在不同温度下的组合硬化特性，组合硬化特性即为铸铝材料在不同温度下的恒温低周材料本构模型；

步骤四：为获得材料高低温变温工况下的本构参数，引入温度场变量，通过各个温度下的恒温低周材料本构参数，构造覆盖发动机缸盖铸铝材料在常用温度的变温条件下的材料本构参数。

进一步地，步骤一所述的常用温度范围为室温～300℃。

进一步地，选取恒温低周测试温度时，为保证所选取温度点覆盖发动机缸盖结构温度，同时考虑降低试验成本，通常步骤一所述的常用温度选取室温、100℃、200℃、300℃四个温度点进行测量。

进一步地，步骤二中所述运动硬化项其中，σ_i可直接量取，量取段为半寿命时材料应力应变曲线中加载的塑性段，见附图2-a的AB段，通过式(1)计算得到；σ₁半寿命时材料应力应变曲线中加载塑性段的起点；