[发明专利]基于焊缝位错缠绕沉淀相的循环硬化模型在焊接接头疲劳寿命预测中的应用

说明书

本发明提供了一种基于焊缝位错缠绕沉淀相的循环硬化模型在焊接接头疲劳寿命预测中的应用，其中的循环硬化模型为：式中，本发明以焊缝位错缠绕沉淀相为基础，同时考虑了焊缝位错缠绕沉淀相的不均匀位错结构引起的流动应力，焊缝中位错缠绕沉淀相引起的背应力和焊缝晶界对位错的阻碍作用产生的背应力对循环屈服强度的影响，并在此基础上建立了焊接接头的循环硬化模型，该模型很好地解释了与最大应力、循环次数和塑性应变之间的关系，并解释了基于焊缝位错缠绕沉淀相的疲劳失效时的显微机理，能对焊接接头的循环变形行为进行更加快速、准确的评估，从而为焊接接头疲劳寿命的预测提供更优的理论基础。

技术领域

本发明涉及构件疲劳寿命预测技术领域，特别涉及一种基于焊缝位错缠绕沉淀相的循环硬化模型在焊接接头疲劳寿命预测中的应用。

背景技术

疲劳失效广泛存在于工程构件中，所以对构件的疲劳寿命进行有效的预测是非常有必要的，而工程构件中薄弱的环节(如焊接接头)是最容易发生疲劳失效的地方。因此，为了保证工程构件的安全运行，焊接接头的循环塑性变形机理需要被研究。焊接接头的疲劳性能依赖于焊材的化学成分和焊接工艺。为了合理地设计焊材，缩短焊材的开发时间，以及正确地选择焊接工艺，焊缝显微组织和焊接接头疲劳性能的关系需要被确定，相应的循环硬化模型需要被建立。

近年来，国内外建立了一些循环硬化模型，但这些循环硬化模型都是基于宏观的力学参量，无法解释疲劳失效时的显微机理，并且对于沉淀相强化的钢，在循环塑性变形的过程中，沉淀相会析出并产生大量的位错，因此位错和沉淀相的交互作用是这种钢循环塑性变形的机理。同时，钢材的焊接接头在疲劳失效的工况下工作时，焊缝中心处经常发生疲劳断裂。因此，在上述情况下，建立基于焊缝位错缠绕沉淀相的焊接接头的循环硬化模型，可以更加准确地评估焊接接头的循环变形行为，为焊接接头疲劳寿命的预测提供理论基础。

发明内容

本发明的目的在于建立一种基于焊缝位错缠绕沉淀相的焊接接头循环硬化模型，考虑了焊缝位错缠绕沉淀相的不均匀位错结构引起的流动应力、焊缝中位错缠绕沉淀相引起的背应力和焊缝晶界对位错的阻碍作用产生的背应力对循环屈服强度的影响，并解释了基于焊缝位错缠绕沉淀相的疲劳失效时的显微机理，能对焊接接头的循环变形行为进行快速、准确的评估，进而为焊接接头疲劳寿命的预测提供更优的理论基础。

本发明采用的技术方案如下：

基于焊缝位错缠绕沉淀相的循环硬化模型在焊接接头疲劳寿命预测中的应用，所述的循环硬化模型为：

其中，σ_max为最大应力；N为循环次数；E为弹性模量；Δε_t为总的塑性应变范围；α为泰勒硬化系数，无量纲；M为泰勒因子，无量纲；G为剪切模量，GPa，b为柏氏矢量，nm；位错缠绕沉淀相的区域被定义为硬区域，其体积分数为f_p；其他区域为软区域，其体积分数为f_m；ρ为位错密度，m^-2；E_p为沉淀相的弹性模量，GPa；为储存在沉淀相周围位错的效率因子，无量纲；ε_in为非弹性应变，无量纲；a为沉淀相之间的半距离，nm；r为沉淀相半径，nm；n为滑移系的数目，无量纲；λ_G为滑移线之间的平均距离，nm；D为焊缝晶粒尺寸；Δε_p为塑性应变范围，无量纲，且有如下关系：

式中，k₁和k₂为与位错形成率和湮灭率有关的参数，值为常数，无量纲。

进一步地，f_p和f_m的值通过显微组织照片测量获得，且式中，σ_het为基于焊缝位错缠绕沉淀相的不均匀位错结构引起的流动应力。