[发明专利]一种基于晶体塑性理论的蠕变疲劳剩余寿命评定方法

说明书

本发明提供一种基于晶体塑性理论的蠕变疲劳剩余寿命评定方法，包括：通过ABAQUS有限元软件编译基于位错密度的晶体塑性本构方程；确定晶体塑性本构方程的材料参数；对待测材料代表性体积单元进行晶体塑性有限元模拟，获得待测材料在不同蠕变疲劳工况下的力学响应；提取待测材料代表性体积单元在每个循环周次下的累积能量耗散，确定待测材料的局部能量耗散体积占比和待测材料的容许蠕变损伤和容许疲劳损伤；绘制三维蠕变疲劳剩余寿命评定图，计算待测材料的蠕变疲劳剩余寿命。本发明的基于晶体塑性理论的蠕变疲劳剩余寿命评定方法，能够更好地实现材料的蠕变疲劳剩余寿命评定，具有直观、可实施评定、精确度高的优点。

技术领域

本发明涉及蠕变疲劳的寿命预测领域，尤其涉及一种基于晶体塑性理论的蠕变疲劳剩余寿命评定方法。

背景技术

对于汽轮机、热交换器和核反应堆等关键限寿部件，其在运行过程中除了承受恒定荷载外，通常还会承受装置起停和温度波动等引起的交变载荷，因此在服役过程中可能伴随着严重的蠕变疲劳载荷交互作用，降低这些关键部件的服役寿命。此外，对低耗能和长寿命的需求不断增加，使得这些关键部件的运行条件更加苛刻，为了保证高温结构在蠕变疲劳下完整性和可靠性，建立精准的剩余寿命评估方法是非常重要的。

为了保证高温构件在服役过程中的安全性和可靠性，国内外学者已先后提出了不同类型的剩余寿命评定方法，可以分成两大类。第一类为宏观参数法，通过一些试验参数(如Z参数、剩余强度等)建立唯象的本构方程去评估材料的剩余寿命，这类方法无法描述材料微观组织的演化规律；第二类为微观组织退化法，即通过一些代表性的微观组织参量在变形过程中的损伤演化规律来表征材料退化的过程，但这类方法无法定量地描述材料的损伤程度。因此如何精确地评估材料在服役过程的剩余寿命，尤其是剩余蠕变疲劳寿命，对这些关键限寿部件是非常重要的。

近些年，有限元软件的快速发展为更好地模拟复杂工况的力学响应提供了可靠的保障。其中，ABAQUS有限元软件允许用户通过二次开发接口补充ABAQUS前后处理模块中无法实现的功能。基于此，如何利用ABAQUS 有限元软件来评定材料的蠕变疲劳剩余寿命是亟需解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于晶体塑性理论的蠕变疲劳剩余寿命评定方法，能够描述材料微观组织的演化规律，并定量地描述材料的损伤程度，从而更好地实现蠕变疲劳损伤分析以及蠕变疲劳剩余寿命评估，具有直观、适用性强、精确度高的优点。

一种基于晶体塑性理论的蠕变疲劳剩余寿命评定方法，包括：

步骤S1，通过ABAQUS有限元软件的单元用户子程序UEL编译基于位错密度的晶体塑性本构方程。

步骤S2，拟合蠕变疲劳迟滞回线以确定所述晶体塑性本构方程的材料参数。

步骤S3，根据所述晶体塑性本构方程以及所述晶体塑性本构方程的材料参数，对待测材料代表性体积单元进行晶体塑性有限元模拟，获得待测材料在不同蠕变疲劳工况下的力学响应。

步骤S4，根据待测材料在不同蠕变疲劳工况下的力学响应，提取待测材料代表性体积单元在每个循环周次下的累积能量耗散，确定待测材料的局部能量耗散体积占比以及待测材料的容许蠕变损伤和容许疲劳损伤。

步骤S5，以所述容许蠕变损伤和所述容许疲劳损伤为基本坐标轴，以所述局部能量耗散体积占比为第三轴，绘制三维蠕变疲劳剩余寿命评定图，计算待测材料的蠕变疲劳剩余寿命。

进一步地，所述步骤S1包括：

步骤S11，建立晶体塑性本构方程中的流动准则方程如下：