[发明专利]一种拉扭载荷下的高温多轴应力应变关系建模方法

说明书

本发明公开了一种拉扭载荷下的高温多轴应力应变关系建模方法，该方法的步骤为：利用单轴试验数据拟合模型参数，并利用单轴应力应变迟滞回线进行验证；分析拉扭加载下各个多轴分量的应力应变状态；将加载过程细分为足够多的载荷步，并利用屈服准则判别每一个载荷步是弹性加载还是非弹性加载；对弹性载荷步，利用弹性矩阵以及胡克定律多轴形式进行求解多轴应力状态；对塑性载荷步，先利用应力返回算法确定多轴应变增量，再利用径向回流法求解多轴应力状态；对照模型预测结果和高温拉扭试验结果所画出的应力应变迟滞回线，发现塑性应变、应力峰谷值和回线形状均较为接近。预测结果说明该方法能较好的计算高温下的拉扭多轴应力应变关系。

技术领域

本发明涉及疲劳强度领域，特指一种高温下的多轴应力应变关系建模方法。

背景技术

高温下的多轴疲劳强度设计是航空发动机、燃气涡轮机等高温部件强度设计的重要内容。例如，实际服役中的发动机涡轮盘要承受高温下的巨大的离心力和轴向力，因此其危险部位处于高温下的多轴应力应变状态。研究发动机涡轮盘材料在高温下的多轴应力应变本构关系，对发动机安全性能监测和疲劳寿命预测均具有重要意义。

目前高温下的应力应变模型主要是使用Ramberg-Osgood公式进行求解，而这种模型只能描述稳定阶段的恒幅应力应变关系,且每组参数只能对应一种加载速率。因此，提出一种高温多轴下的应力应变关系，使之能考虑一定范围内的多种应变速率以及应力应变迟滞回线的演化过程，具有重要意义。

发明内容

本发明目的在于针对高温下多轴疲劳的发展要求，提出了一种高温多轴应力应变关系建模方法。

本发明所采用的技术方案为一种高温多轴应力应变关系建模方法，该方法的实施步骤为：

步骤1)：利用单轴试验数据拟合模型参数，并利用单轴应力应变迟滞回线进行验证；

步骤2)：分析拉扭加载下各个多轴分量的应力应变状态。为表达明确，对全文的下标x,y,z,xy,xz,yz做如下规定：对圆柱形试样的某一点，x代表轴向，y代表周向，z代表径向；xy、yz、xz用于表达基于x、y、z物理含义的剪应变或剪应力的方向，例如，xy可用于表达法向为x方向的平面上指向y方向的剪应变或剪应力，对圆柱形试样代表扭转方向的剪应变或剪应力。考虑各向同性材料特性，在全文中规定用下标“_”表示6分量的张量，张量的6个方向依次对应x,y,z,xy,xz,yz方向。应变张量ε和应力张量σ依次表示为：ε＝(ε_x,ε_y,ε_z,ε_xy,ε_xz,ε_yz)，σ＝(σ_x,σ_y,σ_z,σ_xy,σ_xz,σ_yz)。在拉扭应变加载条件下，已知分量为：作为施加载荷的轴向应变ε_x和扭向应变ε_xy，除扭向外的另两个切向应变状态为ε_xz＝0,ε_yz＝0，周向和径向应力状态为σ_y＝0,σ_z＝0。各应力应变分量均由已知分量依据高温应力应变模型求得；

步骤3)：将加载过程细分为多个载荷步，并利用屈服准则判别

每一个载荷步是弹性加载还是非弹性加载，屈服判据为：

f＝J(σ-χ)-(R+k)>0