[发明专利]一种线性摩擦焊与其接头CT试样裂纹行为顺序模拟方法

权利要求书

1.一种线性摩擦焊与其接头CT试样裂纹行为顺序模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据国标GB/T21143-2007国标的要求，确定CT试样的尺寸；并根据CT试样的尺寸确定线性摩擦焊焊件的尺寸；

步骤2：建立高温合金线性摩擦焊模型，包括以下步骤：

步骤2.1：考虑线性摩擦焊工艺对称的特性，将其中一个焊件用刚体代替；有限元模拟软件ABAQUS中建立高温合金线性摩擦焊几何模型，该模型为2D模型，在模型中建立可变形体模型和一个刚体模型；并将可变形体进行分区处理，分为接触面近邻的大变形区，中间区以及末端夹具夹持区域；

步骤2.2：设置线性摩擦焊焊件的材料属性参数，包括弹性属性和塑性属性；

步骤2.3：建立两个分析步：温度-位移耦合的动态显示分析步，用于模拟焊接过程；温度-位移耦合的动态显示分析步，用于模拟焊后冷却过程；

步骤2.4：建立刚体焊件和可变形体焊件之间的接触关系，包括法向行为和切向行为，其中切向行为设置滑动摩擦系数，法向行为设置为硬接触，将接触关系赋予焊件的接触面；设置焊件模型中与夹具夹持的范围，第一个分析步中，焊件按照与夹具接触和与空气接触，分区设置焊件与环境的热量交换系数，第二个分析步中，焊件已经取出，模型的散热系数均为与空气接触时的数值；

步骤2.5：设置焊接工艺参数：

步骤2.6：设置网格属性并划分网格；

步骤2.7：根据前面子步骤的设置，进行分析，得到焊接接头形状的宏观变化和应力云图，并得到云图中各区的应力；

步骤3：确定CT试样选取位置，截取应力云图，在接头残余应力云图中截取3个应力集中的区域作为初始裂纹尖端位置作为3个区域，并在UG绘图软件中绘制应力云图草图；

步骤4：建立线性摩擦焊接头应力强度因子，计算CT试样模型，包括以下子步骤：

步骤4.1：建立CT试样的几何模型，并设置材料属性；

步骤4.2：创建静力通用分析步，设置CT试样的两个孔内表面与孔中心的耦合关系，对两个中心点分别施加集中力，上孔为向上的集中力，下孔为向下的集中力；

步骤4.3：设置网格属性并划分网格；提交作业并进行分析

步骤5：建立线性摩擦焊接头疲劳扩展CT试样模型，包括以下子步骤：

步骤5.1：建立CT试样几何模型，并建立作为初始裂纹的直线；

步骤5.2：设置材料属性，包括弹性属性和损伤属性参数；

步骤5.3：装配裂纹和分析CT试样模型，裂纹及CT试样均为非独立属性；

步骤5.4：创建direct cyclic分析步，用于模型的循环加载分析；

步骤5.5：设置裂纹属性，允许裂纹扩展；

步骤5.5：设置CT试样的两个孔内表面与孔中心的耦合关系，对两个中心点分别施加集中力，上孔为向上的集中力，下孔为向下的集中力；限制两孔作X方向的位移和X-Y平面内的转动，将步骤2中得到的各区的应力值直接赋予到相应的分区中；

步骤5.6：进行网格划分，

步骤5.7：提交作业并进行分析；将3处分区的有、无应力的CT试样扩展行为进行对比，分析接头焊后残余应力对裂纹扩展的影响。

2.如权利要求1所述的一种线性摩擦焊与其接头CT试样裂纹行为顺序模拟方法，其特征在于，所述步骤2.2中，选用Johnson-Cook本构模型，包含的参数为：A，B，n，m，T_m、T_r，其中A和B为应变硬化参数，n为应变硬化幂指数，m为热软化幂指数，T_m为材料熔点，T_r为材料转变温度、硬化参数、密度、热导率及比热，根据高温合金的属性选取各参数的数值，用以表征高温合金，将材料属性赋予可变形体焊件模型。

3.如权利要求1所述的一种线性摩擦焊与其接头CT试样裂纹行为顺序模拟方法，其特征在于，所述步骤2.6中，单元类型选择温度-位移耦合的CPE4RT四节点双线性位移-温度耦合平面应变四边形单元，并勾选减缩积分和沙漏控制，对可变形体划分网格时采用从焊件末端到接触面一端逐渐细化的划分方式。

4.如权利要求1所述的一种线性摩擦焊与其接头CT试样裂纹行为顺序模拟方法，其特征在于，所述步骤4.3和5.6中选用的单元属性为CPS4R，四节点线性平面应力四边形单元，采用沙漏控制和减缩积分，对按照应力分区的部分进行网格细化处理。