[发明专利]一种利用晶体塑性模型模拟混合控制蠕变疲劳变形的方法

权利要求书

1.一种利用晶体塑性模型模拟混合控制蠕变疲劳变形的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、建立与待研究晶体材料相同或相似平均晶粒大小的ABAQUS代表性体积单元模型；

步骤S2、取相同材料的若干待研究晶体构成的试样，在同一温度下对部分试样进行同应变速率的应变控制疲劳试验和蠕变疲劳试验，获取应变控制的疲劳试验数据、应变控制的蠕变疲劳试验数据，再与应变控制疲劳试验相同的温度下对剩余试样开展应力控制的蠕变疲劳试验，获取混合控制的蠕变疲劳试验数据；

根据应变控制的疲劳试验数据，得到疲劳滞回曲线，根据应变控制的蠕变疲劳试验数据，得到应变控制的蠕变疲劳滞回曲线、应变保载阶段的应力松弛曲线，根据混合控制的蠕变疲劳试验数据，得到混合控制的蠕变疲劳滞回曲线以及应力保载阶段的蠕变曲线；

步骤S3、通过建立未修正的晶体塑性本构模型，利用应变控制的疲劳、蠕变疲劳载荷条件对ABAQUS代表性体积单元模型进行有限元计算从而得到模拟结果，并以试错法拟合疲劳滞回曲线、蠕变疲劳滞回曲线以及应变保载阶段的应力松弛曲线，得到未修正的晶体塑性本构模型的材料参数；具体如下：

S31、建立未修正的晶体塑性本构模型中的动力学方程；

动力学方程为：

其中，L^p为塑性变形速率梯度，为塑性变形梯度速率，为塑性变形梯度的逆，为第α滑移系上的剪切率，s^α为第α滑移系上的滑移方向上的单位矢量，n^α为第α滑移系上的滑移法向上的单位矢量；

S32、建立未修正的晶体塑性本构模型中的塑性流动率方程；

塑性流动率方程为：

其中，为第α滑移系上的参考剪切率，τ^α为第α滑移系上的解析剪切应力，g^α为第α滑移系上的滑移阻力，χ^α为第α滑移系上的背应力，n为流动率指数；

S33、建立未修正的晶体塑性本构模型中的滑移阻力演化方程；

滑移阻力演化方程为：

其中，为第α滑移系上的滑移阻力增量，h_αα为同一滑移系上的自硬化模量，h_αβ为不同滑移系之间的潜在硬化模量，h₀为初始硬化模量，γ为所有滑移系上的累积剪切应变，τ_s为饱和滑移阻力，τ₀为初始临界解析剪切应力，q为材料常数，为第β滑移系上的剪切率，h(γ)为中间函数；

S34、建立未修正的晶体塑性本构模型中的背应力演化方程；

背应力演化方程为：

其中，C、D均为材料常数，为第α滑移系上的背应力增量；

S35、利用应变控制的疲劳实验数据，采用试错法，将模拟结果与疲劳滞回曲线相比较，得到晶体塑性本构模型弹性常数、滑移阻力演化方程参数和背应力演化方程参数；

S36、利用应变控制的蠕变疲劳试验数据，采用试错法，将应变保载阶段的应力松弛曲线与模拟结果相比较，确定流动率指数；

步骤S4、将背应力演化方程修正为适合混合控制蠕变疲劳载荷的扩展背应力演化方程，并写入未修正的晶体塑性本构模型，得到修正后的晶体塑性本构模型；

所建立的扩展背应力演化方程为：

其中，A、C、D、b均为材料参数；

步骤S5、用修正后的晶体塑性本构模型对ABAQUS代表性体积单元进行有限元计算，获得所研究晶体材料在混合控制蠕变疲劳载荷下的模拟结果，包括修正后的蠕变疲劳滞回曲线以及修正后的应力保载阶段的蠕变曲线，进一步确定修正后的晶体塑性本构模型的材料参数，进而得到最终晶体塑性本构模型；

步骤S6、利用最终晶体塑性本构模型模拟所研究晶体材料混合控制蠕变疲劳变形。