[发明专利]多尺度框架下的低周疲劳裂纹萌生及扩展行为预测方法

权利要求书

1.一种基于多尺度框架下的低周疲劳裂纹萌生及扩展行为预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：提出一种多尺度框架下低周疲劳裂纹萌生及扩展损伤计算方法：

其中是低周疲劳裂纹萌生损伤速率，是低周疲劳裂纹扩展损伤速率，m是滑移系数量，G是剪切模量，v是泊松比，d是平均晶粒直径，γ_n,m,e是滑移系m上的有效剪切应变，τ_n,m,e是滑移系m上的有效剪切应力，w_m,ctirical是每个滑移系对应的断裂能，ξ是材料参数，λ_d是位错平均自由程；

S2：利用S1中的计算方法计算确定最大损伤所在滑移系以及所有滑移系的累积损伤；

S3:当累积损伤到达临界值时，裂纹沿最大损伤所在滑移系的方向萌生及扩展；

S4：多次计算，直至预测得到的裂纹长度满足试验条件下低周疲劳试样的断裂长度。

2.根据权利要求1所述的一种基于多尺度框架下的低周疲劳裂纹萌生及扩展行为预测方法，其特征在于，还包括建立考虑微观结构的低周疲劳有限元模型；利用各个晶粒的取向和材料宏观力学响应，计算各个晶粒内部不同滑移系上的有效剪切应力与有效剪切应变。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于多尺度框架下的低周疲劳裂纹萌生及扩展行为预测方法，其特征在于，有效剪切应力与有效剪切应变计算公式如下：

τ_n,m,e＝(n_m)^Tσ_p(n_m)；

γ_n,m,e＝(n_m)^Tε_p(n_m)；

其中n_m是滑移系m的法向矢量，γ_n,m是滑移系m上的剪切应变，ε_p是材料的宏观塑性应变，σ_p是材料的宏观塑性应力。

4.根据权利要求1所述的一种基于多尺度框架下的低周疲劳裂纹萌生及扩展行为预测方法，其特征在于，还包括建立分子动力学体系下的断裂能计算模型，将XZ平面定义为滑移面，Y方向定义为滑移方向，并在Y方向施加恒定速率的拉伸载荷。

5.根据权利要求1或4所述的一种基于多尺度框架下的低周疲劳裂纹萌生及扩展行为预测方法，滑移系断裂能的计算方法如下：

其中s₁是峰值应力对应的位移，s₂是断裂时对应的位移，s_n,m是滑移系m上的拉伸位移，τ_n,m是滑移系m上的拉伸应力。