[发明专利]一种Al2

权利要求书

1.一种用于Al₂O₃/316L不锈钢阻氚系统表面多重裂纹行为的扩展有限元模拟分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）前期几何模型的建立

①在Abaqus软件Geometry模块中，将整体模型等效为圆柱体，随后将该模型简化为在X-Y平面内的二维模型进行分析；

②根据扫描电镜得到的多重表面裂纹实际分布情况，在整体模型中设置对应的表面预制裂纹；

（2）几何模型的二次处理

根据步骤（1）建立的模型，进一步简化；将多重裂纹模型看作由含有单条裂纹单元体依次叠加所构成的整体；将分析模型简化为受外部影响最为明显的含有单条裂纹的单元体进行分析；

（3）材料设置与网格划分

分别在properties模块中，对Al₂O₃阻氚涂层以及316L不锈钢基底赋予材料的泊松比、密度、屈服强度；单元体选择平面应变网格划分方法，在预制裂纹尖端以及尾部分别采取不同尺度的网格进行划分；

（4）边界载荷加载计算

设置对应的边界条件:采用沿Y方向1%应变，来代替多物理场耦合造成的整体载荷效果，将此应变施加到涂层表面的每个节点；限制Al₂O₃/316L不锈钢系统单元体的对称轴及最右边边界节点沿X轴位移；限制单元体底部的每个节点沿Y轴的位移，并禁止其发生转动；

（5）加载计算与结果表征

通过计算结果，得到Al₂O₃/316L不锈钢阻氚系统中不同长度表面裂纹对应的应力及应变能释放率。

2.如权利要求1所述的一种用于Al₂O₃/316L不锈钢阻氚系统表面多重裂纹行为的扩展有限元模拟分析方法，其特征在于：所述步骤（1）中模型的参数为：涂层厚度h=0.22μm，基底厚度H=0.5mm，直径D=30mm。

3.如权利要求1或2所述的一种用于Al₂O₃/316L不锈钢阻氚系统表面多重裂纹行为的扩展有限元模拟分析方法，其特征在于：所述涂层和基底分别设置为独立个体，并且在Assembly模块中，将二者进行装配，涂层和基底之间采用bond命令进行结合。

4.如权利要求1或2任一项所述的一种用于Al₂O₃/316L不锈钢阻氚系统表面多重裂纹行为的扩展有限元模拟分析方法，其特征在于：所述的几何模型的二次处理，包括将裂纹设置为等距；每条裂纹的间距通过电镜扫描结果加权平均得到，值为L=25μm，并根据扫描电镜结果，选取两条中心裂纹的中点的垂线作为对称轴，并且将右端部分作为分析对象；预制裂纹建模过程中，以中心轴节点为原点，第一条裂纹坐标选取在L/2处。

5.如权利要求1或2任一项所述的一种用于Al₂O₃/316L不锈钢阻氚系统表面多重裂纹行为的扩展有限元模拟分析方法，其特征在于：步骤（2）中所述的单条裂纹的单元体，是以中间裂纹单元代替整体模型；每条裂纹的间距通过电镜扫描结果加权平均得到，间距长度L为25μm；模型以两条中心裂纹的中垂线作为起点，以L=25μm为终点所围区域构成。

6.如权利要求1或2任一项所述的一种用于Al₂O₃/316L不锈钢阻氚系统表面多重裂纹行为的扩展有限元模拟分析方法，其特征在于：所述的步骤（3）中平面应变网格划分方法为四节点结构平面单元网格划分方法。

7.如权利要求1或2任一项所述的一种用于Al₂O₃/316L不锈钢阻氚系统表面多重裂纹行为的扩展有限元模拟分析方法，其特征在于：所述的步骤（3）中的裂纹尖端区域，以裂纹尖端为圆心，创建一个半径为0.5 μm圆形，圆形边界线划分为等距24段，此区域包围的局部裂纹6等分，单元控制中圆形区域内部网格通过sweep模式划分；外部裂纹分割数量小于内部，分割数量为4，采用Quad模式划分。