[发明专利]稳态蠕变条件下耦合残余应力和拘束效应的蠕变孕育期预测方法有效
申请号: | 201711350749.9 | 申请日: | 2017-12-15 |
公开(公告)号: | CN109933815B | 公开(公告)日: | 2022-12-02 |
发明(设计)人: | 徐连勇;邬栋权;荆洪阳;韩永典;赵雷;吕小青 | 申请(专利权)人: | 天津大学 |
主分类号: | G06F30/23 | 分类号: | G06F30/23;G06F119/14 |
代理公司: | 天津创智睿诚知识产权代理有限公司 12251 | 代理人: | 李薇 |
地址: | 300072*** | 国省代码: | 天津;12 |
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摘要: | 本发明公开了一种稳态蠕变条件下耦合残余应力和拘束效应的蠕变孕育期预测方法,在Davies工作的基础上,提出了耦合残余应力和拘束效应的蠕变孕育期预测模型。利用韧性耗散损伤模型,引入了与载荷无关拘束参量Q*计算考虑拘束效应的蠕变孕育期。使用紧凑拉伸试样(CT)施加主载荷进行蠕变模拟实验,本发明的有益效果:能够在结构中简洁有效的预测出稳态蠕变条件下蠕变孕育期。 | ||
搜索关键词: | 稳态 条件下 耦合 残余 应力 拘束 效应 孕育 预测 方法 | ||
【主权项】:
1.稳态蠕变条件下耦合残余应力和拘束效应的蠕变孕育期预测方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:建立预测模型,所述预测模型包括CT试样本体,CT试样本体的中部前端设有槽,槽的后部设有缺口,槽、缺口在同一平面上,CT试样本体上还设有上主载荷销孔、下主载荷销孔,上主载荷销孔、下主载荷销孔上下对称设置,分别设置在槽的上下两端,S2:首先利用上圆销、下圆销对CT试样本体的上下两端进行预定大小的压缩加载,然后释放上圆销、下圆销,会在CT试样本体的缺口附近产生残余应力分布;S3:在含有残余应力的缺口处插入预制裂纹,以进行蠕变试验;S4:利用销子在上主载荷销孔、下主载荷销孔施加主载荷,进行高温蠕变试验;S5:通过蠕变有限元模拟可以获得计算含残余应力CT试样孕育期所需要的必要参数,在稳态蠕变条件下,计算孕育期主要包括以下步骤:(1)首先计算复合加载下的应力强度因子,其计算公式为:
(Ⅰ)中:![]()
其中:
是模拟计算的只含有残余应力下的应力强度因子,单位为MPa·(m1/2);
是主载荷应力强度因子,单位为MPa·(m1/2);P是主载荷,单位为N;B是试样厚度,单位为mm,Bn是试样净厚度,单位为mm;a/W是预制裂纹长度比率,a是预制裂纹长度,采用上主载荷销孔圆心到预制裂纹后端的水平直线距离,单位为mm;W是名义试样宽度,采用上主载荷销孔圆心到CT试样本体后端的水平直线距离,单位为mm;f(a/W)是CT试样几何系数,只与a/W有关;V是无量纲的塑性相关项,计算如下:
(Ⅱ)中:V0是无量纲参量:![]()
是塑性残余应力强度因子,单位为MPa·(m1/2);
是弹性残余应力强度因子,单位为MPa·(m1/2),
利用JS计算,JS是残余应力场下断裂参量,单位为MPa·m:
其中:E′是有效弹性模量:E'=E/(1‑ν2),E是弹性模量,ν是泊松比,
和JS都利用有限元模拟结果提取;(Ⅱ)中:Lr是无量纲参量,描述主载荷幅度:
其中:σy是屈服强度,单位为MPa,
是主载荷参考应力,单位为MPa,用下式计算:
其中:nL为无量纲裂纹深宽比参数,通过下式计算:
常数
(Ⅱ)中:
其中:
是弹性主载荷应力强度因子,单位为MPa·(m1/2),
是塑性主载荷应力强度因子,单位为MPa·(m1/2);
利用有限元模拟结果计算:(Ⅱ)中:β描述残余应力的幅度,是无量纲参量;![]()
是二次载荷参考应力,单位为MPa,利用有限元模拟计算;(Ⅱ)中:Z为无量纲的弹性追随因子,从有限元模拟结果中提取出应力应变关系,取等效蠕变应变增量
与等效弹性应变增量
的比值:
(2)计算稳态蠕变复合应力场下C*积分数值,其计算公式为:
(Ⅲ)中:A是蠕变硬化系数,单位为MPa‑n·h‑1,KI是复合应力强度因子,单位为MPa·(m1/2),
是初始参考应力,单位为MPa;(Ⅲ)中:
(3)然后计算稳态蠕变条件下的拘束参量Q*RRss,其计算公式为:![]()
是利用有限元计算得出的裂纹前沿处的张开应力值,单位是Mpa,σ0是材料的屈服强度,单位是MPa,L是标量距离,取1mm;(Ⅳ)中:σ22是利用稳态蠕变应力场计算得出的裂纹前沿的张开应力值,单位是MPa,
其中:C*积分是利用有限元计算得出的高温断裂参量,单位为MPa·mm·(h)‑1,r是裂纹后部尖端到裂纹前沿研究点的间距,单位是mm,θ是裂纹尖端角度,
是蠕变应变变化率,单位为h‑1,与材料高温蠕变属性有关,n为无量纲的蠕变应力硬化指数,n和
参见文献:(Zhao L,Jing H,Xu L,Han Y,Xiu J.Evaluation of constraint effects on creep crack growth by experimental investigation and numerical simulation.Engng Fract Mech 2012;96:251–66.),In是与n有关的无量纲函数,
是与θ和n有关的无量纲函数,(2)计算等效应力
其计算公式为:
其中:
是与θ和n有关的无量纲函数,(3)然后计算稳态蠕变应力场下孕育期时间tiRRss,其计算公式为:
(Ⅵ)中:εcrit是单轴蠕变韧性,与材料属性有关,单位为1,(Ⅵ)中:MSFRRss为稳态蠕变条件下多轴应力因子,根据Cocks and Ashby关系式计算:
其中:n为无量纲的蠕变应力硬化指数,sinh是双曲正弦函数,hRRss为稳态蠕变应力三轴度,在稳态蠕变状态下:
其中平均应力
单位是MPa,其计算公式为:
其中:σ11,σ22和σ33是利用RRss应力场计算得出的裂纹前沿的应力值,单位是MPa,![]()
其中:
是与θ和n有关的无量纲函数,![]()
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