[发明专利]一种含裂纹结构件的断裂韧性计算方法及系统

权利要求书

1.一种含裂纹结构件的断裂韧性计算方法，其特征在于，包括：

在预先建立的单边缺口拉伸试样的有限元模型中，设置单边缺口拉伸试样的弹塑性本构关系、拉伸载荷以及边界条件；所述边界条件包括对称约束和固定约束；

对所述有限元模型划分网格，设置裂纹和输出参量，进行有限元计算并在所述有限元计算后提取数据；

通过所述有限元模型模拟得到的数据，计算得到单边缺口拉伸试样的拘束参量；所述单边缺口拉伸试样的拘束参量与单边缺口拉伸试样的断裂韧性之间存在线性回归关系；

通过所述单边缺口拉伸试样的拘束参量，计算得到所述含裂纹结构件的断裂韧性；

通过所述有限元模型模拟得到的数据，计算得到单边缺口拉伸试样的拘束参量，具体包括：

通过所述有限元模型模拟得到的数据，计算得到单边缺口拉伸试样有限元模型在裂纹前缘x方向、y方向和z方向的HRR场和作用于韧带的全局弯矩M；通过所述有限元模型模拟以获取单边缺口拉伸试样有限元模型在裂纹前缘x方向、y方向和z方向的正应力，硬化常数α，屈服强度，屈服应变，应变强化指数n，裂纹后部尖端到裂纹前沿研究点的间距r，裂纹尖端角度θ，取决于应变强化指数n的积分常量In；结合与裂纹尖端角度θ和应变强化指数n有关的无量应力函数，计算得到单边缺口拉伸试样有限元模型在裂纹前缘x方向、y方向和z方向的HRR场；

通过所述有限元模型模拟以获取裂纹深度a，试样宽度W，远端施加应力，计算得到作用于韧带的全局弯矩M；

通过所述有限元模型模拟得到的数据，以及单边缺口拉伸试样有限元模型在裂纹前缘z方向的HRR场和所述作用于韧带的全局弯矩M，计算得到线性化修正因子；

通过所述有限元模型模拟得到的数据，以及所述单边缺口拉伸试样有限元模型在裂纹前缘z方向的HRR场、所述作用于韧带的全局弯矩M和所述线性化修正因子，计算得到拘束参量。

2.根据权利要求1所述的含裂纹结构件的断裂韧性计算方法，其特征在于，

所述单边缺口拉伸试样采用夹持加载形式对单边缺口拉伸试样本体进行加载，所述单边缺口拉伸试样本体的中部有贯穿试样宽度方向的缺口，所述缺口设有疲劳预制裂纹，所述缺口与所述疲劳预制裂纹在垂直于试样长度方向的同一平面上。

3.根据权利要求1所述的含裂纹结构件的断裂韧性计算方法，其特征在于，

所述通过所述有限元模型模拟得到的数据，以及单边缺口拉伸试样有限元模型在裂纹前缘z方向的HRR场和所述作用于韧带的全局弯矩M，计算得到线性化修正因子，具体包括：

通过所述有限元模型模拟以获取韧带长度b，研究区域内的两点到裂纹前沿研究点的间距r₁和r₂，分别对应于r₁和r₂的张开应力和；

结合已计算得到的作用于韧带的全局弯矩M，以及单边缺口拉伸试样有限元模型在裂纹前缘z方向的HRR场，计算得到线性化修正因子。

4.根据权利要求1所述的含裂纹结构件的断裂韧性计算方法，其特征在于，

所述通过所述有限元模型模拟得到的数据，以及所述单边缺口拉伸试样有限元模型在裂纹前缘z方向的HRR场、所述作用于韧带的全局弯矩M和所述线性化修正因子，计算得到拘束参量，具体包括：

通过所述有限元模型模拟以获取硬化常数α，屈服强度，屈服应变，应变强化指数n，裂纹后部尖端到裂纹前沿研究点的间距r，取决于n的积分常量I_n，韧带长度b，特征长度L，有限元模型在裂纹前缘z方向的张开应力；

结合计算得到的作用于韧带的全局弯矩M，单边缺口拉伸试样有限元模型在裂纹前缘z方向的HRR场和线性化修正因子，计算得到拘束参量。

5.根据权利要求1所述的含裂纹结构件的断裂韧性计算方法，其特征在于，

所述通过所述单边缺口拉伸试样的拘束参量，计算得到所述含裂纹结构件的断裂韧性，具体包括：

将所述拘束参量代入有关于拘束参量的断裂韧性函数表达式，计算得到断裂韧性；

所述有关于拘束参量的断裂韧性函数表达式，通过获取相同裂纹深度、相同侧边槽形状但不同厚度的单边缺口拉伸试样的断裂韧性与拘束参量的数值，对所述断裂韧性与拘束参量的数值进行线性拟合得到。