[发明专利]基于焊缝位错缠结的循环硬化模型在焊接接头疲劳寿命预测中的应用

说明书

本发明提供了一种基于焊缝位错缠结的循环硬化模型在焊接接头疲劳寿命预测中的应用，其中的循环硬化模型为：式中，本发明以焊缝位错缠结为基础，同时考虑了焊缝位错缠结引起的流动应力和焊缝晶界对位错的阻碍作用产生的背应力对循环屈服强度的影响，并在此基础上建立了焊接接头的循环硬化模型，该模型很好地解释了与最大应力、循环次数和塑性应变之间的关系，并解释了基于焊缝位错缠结的疲劳失效时的显微机理，因而能对焊接接头的循环变形行为进行更加快速、准确的评估，从而为焊接接头疲劳寿命的预测提供更优的理论基础。

技术领域

本发明涉及构件疲劳寿命预测技术领域，特别涉及一种基于焊缝位错缠结的循环硬化模型在焊接接头疲劳寿命预测中的应用。

背景技术

疲劳失效广泛存在于工程构件中，所以对构件的疲劳寿命进行有效的预测是非常有必要的，而工程构件中薄弱的环节(如焊接接头)是最容易发生疲劳失效的地方。因此，为了保证工程构件的安全运行，焊接接头的循环塑性变形机理需要被研究。焊接接头的疲劳性能依赖于焊材的化学成分和焊接工艺。为了合理地设计焊材，缩短焊材的开发时间，以及正确地选择焊接工艺，焊缝显微组织和焊接接头疲劳性能的关系需要被确定，相应的循环硬化模型需要被建立。

近年来，国内外建立了一些循环硬化模型，但这些循环硬化模型都是基于宏观的力学参量，无法解释疲劳失效时的显微机理，而在疲劳过程中，位错的形貌又是决定其循环塑性变形的重要机理。并且，钢材的焊接接头在疲劳失效的工况下工作时，焊缝中心处经常发生疲劳断裂。因此，在上述情况下，建立基于焊缝位错缠结的焊接接头的循环硬化模型，可以更加准确地评估焊接接头的循环变形行为，为焊接接头疲劳寿命的预测提供理论基础。

发明内容

本发明的目的在于建立一种基于焊缝位错缠结的焊接接头循环硬化模型，考虑了基于焊缝位错缠结引起的流动应力和焊缝晶界对位错的阻碍作用产生的背应力对循环屈服强度的影响，并解释了基于焊缝位错缠结的疲劳失效时的显微机理，能对焊接接头的循环变形行为进行快速、准确的评估，进而为焊接接头疲劳寿命的预测提供更优的理论基础。

本发明采用的技术方案如下：

基于焊缝位错缠结的循环硬化模型在焊接接头疲劳寿命预测中的应用，所述的循环硬化模型为：

其中，σ_max为最大应力；N为循换次数；E为弹性模量；Δε_t为总的塑性应变范围；α为泰勒硬化系数，无量纲；M为泰勒因子，无量纲；G为剪切模量，GPa，b为柏氏矢量，nm；ρ为位错密度，m^-2；λ_G为滑移线之间的平均距离，nm；D为焊缝晶粒尺寸；Δε_p为属性应变范围，无量纲，且有如下关系：

式中，e、C为积分常数；k₁和k₂为与位错形成率和湮灭率有关的参数，值为常数，无量纲。

进一步地，λ_G和D的值通过显微组织的照片测量获得，并且式中，σ_G为焊缝晶界对位错的阻碍作用产生的背应力。

本发明的设计思路如下：

1、基于焊缝位错缠结的流动应力σ_Taylor：

式(1)中，α，M，G和b的值通过查阅文献可以获得，对于奥氏体钢来说，通常，α＝0.2，M＝3.06，G＝55.69GPa，b＝0.255nm；ρ的值可以通过电子背散射衍射(EBSD)实验数据计算得到。

2、推导焊缝晶界对位错的阻碍作用产生的背应力σ_G：