[发明专利]塑性瞬态蠕变条件下考虑拘束效应的蠕变孕育期预测方法

摘要

本发明公开了一种塑性瞬态蠕变条件下含拘束效应蠕变孕育期预测方法，在Davies工作的基础上，提出了考虑拘束效应的塑性瞬态蠕变条件下蠕变孕育期的预测模型。利用韧性耗散损伤模型，引入了拘束参量Q计算考虑拘束效应的蠕变孕育期。使用紧凑拉伸试样(CT)施加主载荷进行蠕变模拟实验。本发明的有益效果是：本发明提出了修正的塑性瞬态蠕变条件下蠕变孕育期预测模型，从而提出一种简化的塑性条件下蠕变孕育期预测方法，因此能够在结构中简洁有效的预测出塑性条件下蠕变孕育期。

主权项

1.塑性瞬态蠕变条件下考虑拘束效应的蠕变孕育期预测方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：建立模型：所述模型包括CT试样本体，所述CT试样本体的中部前端设有槽，槽的后部设有缺口，CT试样本体上还设有上主载荷销孔、下主载荷销孔，上主载荷销孔、下主载荷销孔上下对应设置，分别设置在槽的上下两端；S2：缺口后部插入预制裂纹，槽、缺口、预制裂纹在同一平面上，利用销子在上主载荷销孔、下主载荷销孔施加主载荷，进行高温蠕变试验；S3：通过蠕变有限元模拟可以获得计算含拘束效应CT试样孕育期所需要的必要参数。计算孕育期主要包括以下步骤：(1)首先计算瞬态蠕变条件下的拘束参量QRR，其计算公式为：(Ⅰ)中：是利用有限元计算得出的裂纹前沿处的张开应力值，单位是MPa，σ₀是材料的屈服强度，单位是MPa，(Ⅰ)中：σ22是利用HRR应力场(塑性裂纹尖端应力场)计算得出的裂纹前沿的张开应力值，单位是MPa，(Ⅱ)中：r是裂纹后部尖端到裂纹前沿研究点的间距，单位是mm，θ是裂纹尖端角度，是蠕变应变变化率，单位为h^‑1，与材料高温蠕变属性有关，n为无量纲的蠕变应力硬化指数，，I_n是与n有关的无量纲函数，是与θ和n有关的无量纲函数；(Ⅱ)中：C(t)积分是随时间变化的高温断裂参量，单位为MPa·mm·(h)‑1，计算公式：其中：t是时间，单位是h，C*是利用有限元计算得出的高温断裂参量，单位为MPa·mm·(h)‑1，E′是有效弹性模量：E'＝E/(1‑ν2)，E是弹性模量，ν是泊松比；K是应力强度因子，单位为MPa·(m)0.5，计算公式：其中：P是主载荷，单位为N；B是试样厚度，单位为mm；a/W是预制裂纹长度比率,a是预制裂纹长度，采用上主载荷销孔圆心到预制裂纹后端的水平直线距离，单位为mm；W是名义试样宽度，采用上主载荷销孔圆心到CT试样本体后端的水平直线距离，单位为mm；f(a/W)是CT试样几何系数，只与a/W有关；(2)计算瞬态蠕变等效应力其计算公式为：中：σ11是利用RR应力场计算得出的裂纹前沿的应力值，单位是MPa，其中：是与θ和n有关的无量纲函数；计算塑性等效应力其计算公式为：其中：σ_P0是标准化应力，单位为MPa，ε_P0是标准化应变，单位为1，α为应变硬化系数，N为应变硬化指数，J是利用有限元计算得出的断裂参量，单位为MPa·m，I_N是与N有关的无量纲函数，是与裂纹尖端角度θ和应变硬化指数N有关的无量纲函数；(3)利用MATALAB软件计算转换时间t_HRR‑RR：在此时刻满足：塑性阶段损伤累计值：利用MATALAB软件解积分可得到t_HRR‑RR；(Ⅳ)中：MSFHRR为塑性条件下多轴应力因子，根据Cocks and Ashby关系式计算：sinh是双曲正弦函数，hHRR为塑性应力三轴度，在塑性应力状态下：其中：和是与θ和N有关的无量纲函数；(4)然后利用MATALAB软件计算瞬态蠕变应力场下孕育期时间tiHRR‑RR，其计算公式为：利用式(Ⅴ)解积分可得到tiHRR‑RR(Ⅴ)中：d(mm)是判定蠕变萌生发生时裂尖前蠕变损伤达到1所延伸的距离，即蠕变萌生发生的临界距离；(Ⅴ)中：MSFRR为塑性条件下多轴应力因子，根据Cocks and Ashby关系式计算：sinh是双曲正弦函数，hRR为瞬态蠕变应力三轴度，在塑性应力状态下：其中：和是与θ和n有关的无量纲函数。