[发明专利]一种基于双记忆面模型预测金属材料应变历史效应的方法

说明书

本发明公开的一种基于双记忆面模型预测金属材料应变历史效应的方法，属于工程材料疲劳失效领域。本发明实现方法为：在塑性应变幅面PSR模型的基础上，考虑微观组织，尤其是晶界的演变特征，将微观组织演变分为稳定微观组织和不稳定微观组织两部分进行建模，同时基于不稳定晶界在最大循环载荷作用下的演变和失效机理，构建包含稳定微观组织演变和不稳定微观组织演变的双记忆面模型，通过所述双记忆面模型实现对金属材料微观组织演变的准确建模，将双记忆面模型与循环塑性本构模型结合，进一步通过确定本构参数后的循环塑性本构模型，设置载荷参数对金属材料应变历史效应进行预测，提高对金属材料在循环载荷作用下的疲劳特性的预测精度。

技术领域

本发明涉及一种基于双记忆面模型预测金属材料应变历史效应的方法，属于金属材料疲劳失效领域。

背景技术

金属材料在循环载荷作用下，由于材料内部的位错堆积以及晶界的失效，导致材料力学性能发生一定的改变，体现在宏观上主要表现为材料强度的增加或者降低，一般将现象称为循环硬化/软化特性。材料的循环硬化/软化特性受到诸多参数的影响，主要包括材料的微观组织以及载荷条件，当加载应变率、应变幅或者应变比发生变化时，材料的循环硬化/软化特性均表现出一定的差异，使得难以准确建立统一的循环塑性本构模型。

由于金属材料一般工作在循环变幅载荷条件下，因此除了应变率等条件之外，材料的循环特性还受到加载应变历史的影响，一般将该现象称为应变历史效应。Chaboche(1979)首先提出，可以通过加载历史过程中的塑性应变幅面(PSR)来描述应变历史效应，由于PSR的主要功能是记录加载过程中材料所受到的最大塑性应变幅和最小塑性应变幅，因此，PSR也被称为应变历史记忆面。通过大量的试验研究，Ohno(1982)等人发现当材料在经过大应变幅加载之后，材料在小应变幅下的循环特性比较稳定，因此提出了非硬化区模型，该模型在316L不锈钢以及铝合金等材料上得到了较多的应用和验证，成为目前国际上最广为接受的记忆面模型。但是，目前对应变历史效应的描述依然存在较大的争议，Hu et al.(2018)和Xu et al.(2016)等人认为应变历史效应主要影响材料的各向同性强化，因此主要针对各向同性强化模型进行修正。相反的，Ahmed et al.(2016)和Zhu et al.(2017)等人认为应变历史效应受到各向同性强化和随动强化二者的共同作用，因此针对二者同时进行修正。同时，还有一些材料的循环特性则不受加载历史的影响(Ohno et al.,2021；Wanget al.,2021)。

发明内容

针对金属材料在循环变幅载荷作用下的应变历史效应，本发明主要目的是提供一种基于双记忆面模型预测金属材料应变历史效应的方法，在塑性应变幅面PSR模型的基础上，考虑微观组织，尤其是晶界的演变特征，将微观组织演变分为稳定微观组织和不稳定微观组织两部分进行建模，同时基于不稳定晶界在最大循环载荷作用下的演变和失效机理，构建包含稳定微观组织演变和不稳定微观组织演变的双记忆面模型，通过所述双记忆面模型实现对金属材料微观组织演变的准确建模，将所述双记忆面模型与循环塑性本构模型结合，进而提高循环塑性本构模型对金属材料应变历史效应的预测精度。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种基于双记忆面模型预测金属材料应变历史效应的方法，包括如下步骤：

步骤1、在连续介质力学模型中，将总应变分解为弹性应变ε_e与塑性应变ε_p两部分，基于随动硬化量、各向同性硬化，定义屈服面。

在连续介质力学模型中，将总应变分解为弹性应变ε_e与塑性应变ε_p两部分

ε＝ε_e+ε_p   (1)

弹性应变的计算公式用张量表示为

其中σ为二阶应力张量，tr为二阶张量的迹，I为二阶单位张量。