[发明专利]适用于预测多种控制模式循环载荷变形行为的方法

说明书

本发明公开了一种适用于预测多种控制模式循环载荷变形行为的方法，取相同材料的四根试样，在相同的温度下进行低周疲劳试验、应变控蠕变疲劳试验以及应力应变混合控蠕变疲劳试验，获得相应的数据；建立统一粘塑性本构模型，包括统一粘塑性本构模型的应变分解、流动率、各向同向硬化以及运动硬化；利用试验数据作为基础，分步简化提出的统一粘塑性本构模型，最终确定所有的模型参数；利用确定的模型参数确定最终统一粘塑性模型，并利用此模型来预测相同材料在其他多种控制模式循环载荷下的变形行为。本发明具有操作简单，精度高，且适用性广的特点，可以采用一组参数同时预测多种循环载荷下的变形行为。

技术领域

本发明涉及本构模型和循环变形预测领域，尤其涉及一种适用于预测多种控制模式循环载荷变形行为的方法。

背景技术

本构模型是用来描述材料在循环载荷下的各种非弹性变形行为一种理论方法，如循环硬化，循环软化，蠕变变形，应力松弛等。近年来，随着计算机技术的快速发展，通过大型有限元软件对本构模型进行二次开发，可以对实际受载部件的变形行为以及损伤分布进行实时监测。但这一先进技术对本构模型的精度及普适性提出了更高的要求。

尽管目前已经发展出一些较为成熟的本构模型，例如Chaboche模型，Robinson模型等，但这些模型只能描述单纯地应变控或者单纯地应力控下的变形行为。然而在实际的航空和电力领域中，众多关键高温核心部件并不仅仅简单地承受一种控制模式的载荷。通常，频繁开停车产生的温度变化使得这些部件处于应变控制的疲劳载荷中，而装备持续稳定运行过程中的恒定内压或者离心力，使高温部件承受恒应力控制的蠕变载荷作用。因此，这些关重件往往承受着应力应变混合控制的蠕变疲劳交互载荷。目前很难找到一个合理的本构模型来描述如此复杂控制模式下的变形行为。此外，更没有一种方法能够通过一组参数描述并预测多种控制模式循环载荷(低周疲劳载荷，应变控蠕变疲劳载荷，应力应变混合控蠕变疲劳载荷，应力控棘轮蠕变载荷)下的变形行为。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于预测多种控制模式循环载荷变形行为的方法，可以实现材料在多种控制模式循环载荷下的变形行为预测，且具有适用性广，精度高，模型参数少等优点。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种适用于预测多种控制模式循环载荷变形行为的方法，包括以下步骤：

步骤S1，取相同材料的四根试样，在相同的温度下进行低周疲劳试验、应变控蠕变疲劳试验以及应力应变混合控蠕变疲劳试验，获得相应的数据，转入步骤S2。

步骤S2，建立统一粘塑性本构模型，包括统一粘塑性本构模型的应变分解、流动率、各向同向硬化以及运动硬化，转入步骤S3。

步骤S3，利用步骤S1中的数据作为基础，分步简化步骤S2中的统一粘塑性本构模型，最终确定所有的模型参数，转入步骤S4。

步骤S4，利用步骤S3中得到的模型参数确定最终统一粘塑性模型，通过最终统一粘塑性模型预测相同材料在其他多种控制模式循环载荷下的变形行为。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明模型参数较少，共19个，目前现有技术的模型参数基本维持在25个以上。

(2)本发明参数确定过程较为简单，易于操作。

(3)本发明可以通过一组参数较为精确地预测低周疲劳，应变控制的蠕变疲劳，应力应变混合控制的蠕变疲劳以及应力控棘轮蠕变载荷等多种控制模式下的循环变形行为及蠕变行为。

附图说明

图1为本发明的适用于预测多种控制模式循环载荷变形行为的方法的流程图。

图2为本发明实施例中预测的低周疲劳载荷下第一周次以及半寿命周次的滞回曲线图。

图3为本发明实施例中预测的应变控蠕变疲劳载荷下第一周次以及半寿命周次的滞回曲线图。