[发明专利]一种模拟高温合金线性摩擦焊接头裂纹相互影响的方法

权利要求书

1.一种模拟高温合金线性摩擦焊接头裂纹尖端应力强度因子的相互影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在热-力耦合软件ABAQUS中建立高温合金线性摩擦焊接有限元模型；

步骤二：建立焊接接头几何模型，设置接头残余应力，其中设置接头残余应力是指步骤一获得的各个子区域的应力数值赋予此步骤中接头几何模型相对应的子区域，所涉及的应力赋值参数有：S11、S22、S33以及S12其中S11为X轴方向应力，S22为Y轴方向正应力，S33为Z轴方向正应力，S12为YZ平面上，沿Y向的剪力；

步骤三：确定裂纹位置、数量及尺寸：选定裂纹数量和类型为界面主裂纹、界面主裂纹与微裂纹，所述主裂纹为单个裂纹，所述界面主裂纹与微裂纹为两条裂纹；

步骤四：建立高温合金线性摩擦焊接接头裂纹尖端应力强度因子及相互影响几何模型，包括以下子步骤：

子步骤一：对接头的几何模型进行裂纹区域划分，根据步骤三，划分为两大类：第一类为界面主裂纹几何模型；第二类为界面主裂纹与微裂纹几何模型；

子步骤二：设置接头材料属性；包括设置弹性模量，泊松比，建立与材料关联的均匀固体域，并将此域特性赋给整个模型，此处模型包含界面主裂纹几何模型及界面主裂纹与微裂纹几何模型；

子步骤三：装配接头各个子区域是指在ABAQUS的装配模块将各个子区域组装成为一个整体；

子步骤四：创建一名为Step-1的静力分析步，对每一个裂纹尖端设置输出应力强度因子的历程输出；

子步骤五：设置所有模型中各个子区域的相互作用属性参数及边界条件；

子步骤六：划分区域网格：是指几何模型的裂纹区采用四边形中性轴算法网格控制属性；其他区域采用四边形进阶算法网格控制属性，整个模型采用CPS4R四节点双线性平面应力四边形单元，减缩积分，沙漏控制；

子步骤七：对所构建的界面主裂纹几何模型及界面主裂纹与微裂纹几何模型划分有限元网格，利用有限元方法对各模块的控制方程进行热力耦合求解，所述控制方程主要为传热模块的控制方程，由式(1)式(2)及式(3)来表征；

q＝[(1-δ)μPυ]+(δητ_yυ) (1)

式中(1-δ)μPυ为干摩擦产热量，δητ_yυ为粘着摩擦量，δ状态变量代表粘着摩擦比例，其值为0-1，μ为摩擦系数，P为摩擦压力，υ为摩擦线速度，η为机械能与热能的转换效率，τ_y为材料剪切应力；

子步骤八：依据上述步骤求解获得不同尺寸、数量、位置的裂纹尖端应力强度因子数值，结合相应作用规律，完成高温合金线性摩擦焊接头裂纹尖端应力强度因子及相互影响的耦合分析。

2.如权利要求1所述的一种模拟高温合金线性摩擦焊接头裂纹尖端应力强度因子的相互影响的方法，其特征在于，所述子步骤八中，依据裂纹尖端的应力场大小及应力强度因子数值的正负和大小研究高温合金线性摩擦焊接头裂纹相互作用规律，相互作用规律即主微裂纹的萌生扩展顺序、微裂纹与主裂纹对彼此裂纹尖端应力场的影响规律，依据应力强度因子数值越大，裂纹尖端应力场越大，裂纹越容易发生扩展这个原则来预测裂纹扩展倾向，分析加入初始拉伸残余应力对高温合金线性摩擦焊接头界面主裂纹及附近微裂纹尖端应力强度因子及相互作用、扩展倾向的影响规律，从而完成高温合金线性摩擦焊接头裂纹尖端应力强度因子及相互影响的耦合分析。